Die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur: Die Reaktion von Salzsäure mit Natriumthiosulfat bei verschiedenen Temperaturen
von Denise Heckmann
Ziel des Versuchs Der bei diesem Versuch entstehende Farbumschlag zeigt deutlich, dass eine Reaktion stattgefunden hat. Die Umschlagszeit ist dabei von der Temperatur abhängig.
Vorbemerkung
Bei diesem Versuch soll die Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit erarbeitet werden. Hierzu wird die Zeit gemessen, die vom Zusammengeben der Lösungen bis zu deren Farbänderung bei verschiedenen Temperaturen vergeht.
Die SuS sollten zum Verständnis des Versuchs bereits Redoxreaktionen kennen und Oxidationszahlen zuteilen können. Dieser Versuch eignet sich sowohl zur Einführung als auch zur Weiterführung der Einheit zur Reaktionsgeschwindigkeit. Es bietet sich hier an, den Versuch von mehreren Schülergruppen durchführen zu lassen, um die Messergebnisse mitteln zu können.
Materialien
Chemikalien
Gefahrstoffe
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS-Piktogramme |
|---|---|---|---|
| Natriumthiosulfatlösung 0,1 M | – | – | – |
| Salzsäure 1 M | H290, H315, H319, H335 | P261, P305+P351+P338 |
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Durchführung
Beobachtung
Bei Zugabe der Salzsäure ist die Lösung zunächst klar. Nach kurzer Zeit färbt sie sich jedoch gelb. Je höher die Temperatur der Lösung ist, desto schneller verfärbt sie sich. Je tiefer die Temperatur der Natriumthiosulfat-Lösung, desto langsamer verfärbt sich die Lösung. Die genauen Messergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1: Für den Farbumschlag benätigte Reaktionszeit in Abhängigkeit von der Temperatur
| T [°C] |
tReaktion [s] |
|---|---|
| 12 | 15,3 |
| 27 | 7,2 |
| 37 | 4,9 |
| 49 | 3,2 (keine komplette Zugabe von HCl) |
Abbildungen
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Abb. 1: Lösung vor der Verfärbung -
Abb. 2: Lösung nach der Verfärbung
Deutung
Bei der Reaktion von Natriumthiosulfat mit Salzsäure entsteht elementarer Schwefel. Dieser fällt aus und ist für die gelbe Trübung der Reaktion verantwortlich.
2 Na+(aq) + S2O32-(aq) + 2 H+(aq) + 2 Cl-(aq) → SO2 (g) + H2O(l) + 2 Na+(aq) + 2 Cl-(aq) + S(s) ↓
Da die Reaktionsgeschwindigkeit unmittelbar von der Menge der Zusammenstöße von hinreichend energetischen Reaktionspartnern abhängt, ist sie auch direkt von der Temperatur abhängig. Somit gilt, je höher die Temperatur, desto höher ist die Reaktionsgeschwindigkeit.
Die Ergebnisse zeigen, dass sich bei einer Temperaturerhöhung der Lösung um 10° C die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt. Dass dies bei höheren Temperaturen nicht mehr stimmt liegt vor allem an Messfehlern. Zum Beispiel konnte bei 49° C nicht alles Reagenz vor dem Farbumschlag hinzugegeben werden.
Entsorgung
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse
Dieser Versuch eignet sich sehr gut, um die SuS die RGT-Regel selbst überprüfen lassen zu können. Diese können sie zuvor anhand von anderen Versuchen zur Reaktionsgeschwindigkeit erarbeitet haben.
Da die Reaktion sehr schnell abläuft, können gerade bei hohen Temperaturen schnell Messfehler auftreten, da die Reaktionszeiten sehr kurz sind. Deshalb empfiehlt es sich, wenn man bis zu 60 °C messen will, die Lösungen mit destilliertem Wasser noch etwas stärker zu verdünnen, um die Konzentration der Ausgangsstoffe herunterzusetzen.