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Aufgabe:

Ameisensäure (Methansäure) zersetzt sich unter Einwirkung von konzentrierter Schwefelsäure als Katalysator zu gasförmigem Kohlenstoffmonoxid und flüssigem Wasser. In einem Versuch wird Ameisensäure umgesetzt. Nach einer Stunde ist die gesamte Ameisensäure zerfallen und es sind \( 0,3 \mathrm{~g} \) Kohlenstoffmonoxid entstanden. Der Reaktionsverlauf lässt sich verfolgen, indem man die auftretenden Massendifferenzen mit einer Waage misst. Man erhält folgende Messwerte:

t in sec300
Massendiff. in g0
115




6009001200180021003600




0.1800.2160.2420.2730.2810.300
















































































Das Ausgangsvolumen der Ameisensäure beträgt 10 ml. Hinweis: Zur Vereinfachung kann das bei der Reaktion entstehende Wasser bei der Berechnung der Konzentration der Săure vernachlässigt werden.

- Welche Mölichkeit gäbe es noch, den Reaktionsverlauf zu verfolgen?

- Berechnen Sie die Ausgangskonzentration der Ameisensäure.

- Berechnen Sie die Säurekonzentrationen nach 300 sec und 600 sec und berechnen Sie damit die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit zwischen 300 sec und 600 sec.

von

Chemiewaezle, falls du das hier liest, vielen vielen lieben dank, das ist meine letzte Frage, ich werde Sie nicht weiterhin stören, jedoch ist diese Aufgabe sehr wichtig, welche ich jedoch nicht verstehe

1 Antwort

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Beste Antwort

Hi, hier chemweazle,

Zum irreversiblen Zerfall der Methansäure(Ameisensäure) in Wasser und CO

Reaktionsgleichung

H-(C=O)-OH → CO(g) + H2O(l)

Molmassen Kohlenmonoxid: M(CO) = (12+16) g / mol = 28 g / mol, Ameisensäure(Methansäure): M(HCOOH) = (2*1+12+2*16) g / mol = 46 g / mol

Hinweis aus der Aufgabe:

Das Ausgangsvolumen der Ameisensäure beträgt 10 ml. Hinweis: Zur Vereinfachung kann das bei der Reaktion entstehende Wasser bei der Berechnung der Konzentration der Săure vernachlässigt werden

Zu
- Welche Möglichkeit gäbe es noch, den Reaktionsverlauf zu verfolgen?

Gasvolumetrische Messung des entweichenden Kohlenmonoxides

Dazu das Gas (CO) in eine Pneumatische Wanne mit skalierten Gefäß auffangen und das Volumen ablesen. Gasvolumetrische Messungen sind aber wesentlich ungenauer. Außerdem lösen sich Gase zu einem geringen Bruchteil auch in Flüssigkeiten. Der gelöste Anteil wird bei der Volumenablesung nicht erfaßt.

Zu
- Berechnen Sie die Ausgangskonzentration(Einwaagekonzentration) der Ameisensäure.


Aus 1 mol Methansäure entstehen beim Zerfall, gemeint ist die Wasserabspaltung, 1 mol CO-Gas und 1 mol Wasser(flüssig).
Die Abnahme an Stoffmenge der Ameisensäure entspricht dem Zuwachs der Stoffmenge an Kohlenmonoxid. Dieses entweicht aus der Ameisensäurelösung. Die Abnahme der Masse der Ameisensäurelösung entspricht der Massenzunahme an verflüchtigten CO.

- Δn(HCOOH) = + Δn(CO)


Am Ende dieser irreversiblen Reaktion sind nach 1 Std. 0,3 g Kohlenoxid entwichen.

Das heißt die Massenzunahme,an CO bez. mit Δm(CO); ist 0,3 g.

Die Massenzunahme an CO geteilt durch die Molmasse ergibt die Stoffmengenänderung an CO und entspricht genau der Abnahme der Stoffmenge an Methansäure.

$$\Delta n(CO) = \frac{\Delta m}{M(CO)} = - \Delta n(HCOOH)$$
$$\Delta n(CO) = \frac{0,3\cdot g\cdot mol}{28\cdot g} = 0,0107\cdot mol \approx0,011\cdot mol$$
Nun ist die gesamte Ameisensäure verbraucht worden. Diie Stoffmengeänderung der Ameisensäure entspricht am Ende dieser Reaktion Ihrer Einwaagestoffmenge.

Also Δn(HCOOH) = n0(HCOOH) = 0,011 mol = 11 mmol


Die Einwaagestoffmenge der Ameisensäure bezogen auf Ihr Ausgangsvolumen von V = 10ml = 0,01 l, unter Vernachlässigung der Volumenzunahme durch das enstandene Wasser.


$$c_{0}(HCOOH) = \frac{n_{0}}{V} = \frac{0,011\cdot mol}{0,01\cdot l} = \frac{11\cdot 100\cdot mol}{1\cdot 1000\cdot l} = \frac{11}{10}\cdot \frac{mol}{l} = 1,1\cdot \frac{mol}{l}$$

Zu

- Berechnen Sie die Säurekonzentrationen nach 300 sec und 600 sec und berechnen Sie damit die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit zwischen 300 sec und 600 sec.

Nach 300 sec sind 0,115 g CO entstanden und als Gas entwichen, das entspricht einer Stoffmengenzunahme von 0,004 mol = 4 mmol an CO. Das ist gleich der Abnahme an Stoffmenge an Ameisensäure.

Δn(CO) = - Δn(HCOOH) = 0,004 mol = 4mmol

Das Volumen der Ameisesäurelösung wird während dieser Zerfallsreaktion als konstant angenommen.
V(HCOOH) = 0,1 l = constant

Es sind nun bereits 4 mmol der Ameisensäure in 4 mmol CO und Wasser zerfallen.

Die Eiwaagestoffmenge der Methansäure n0(HCOOH),betrug: 0,011 mol = 11 mmol.

Nun verbleiben im Volumen von 0,01 l = 10 ml, nur noch (11-4) mmol = 7 mmol Ameisensäure übrig. Das ist die Momentanstoffmenge an Ameisensäure. Diese geteilt durch das Volumen von 10 ml ergibt die momentane Konzentration der Methansäure nach der Zeit von 300 s, abgekürzt mit c(HCOOH)(t).

Abkürzungen:

Stoffmenge der Ameisensäurezum Zeitpunkt t: Momentanstoffmenge n(HCOO)(t)
Konzentration der Methansäure zum Zeitpunkt t: Momentankonzentration: c(HCOO)(t)

n0(HCOOH) - Δn(HCOOH) = n(HCOOH)(t)

11 mmol - 4 mmol = 7 mmol und 7 mmol / 10 ml = c(HCOOH)(300 s) = 0,7 mol / l

Nach 600 s betrug die Massendifferenz, das ist die Masse an entwichenem CO-Gas, Δm(CO) = 0,180 g, das entspricht einer Stoffmenge bzw. Stoffmengezunahme an CO, von Δn(CO) = 0,006 mol = 6 mmol.

Diese Stoffmengeänderung, Zunahme an CO entspricht genau der Stoffmengenabnahme an Ameisensäure, Δn(HCOOH).

Von der eingewogenen Menge an Ameisensäure von 11 mmol verbleiben nur noch (11 - 6) mmol = 5 mmol an Ameisensäure übrig, da . Nach 300 s sind 4 mmol und nach 600 s sind insgesamt 6 mmol Ameisensäure zerfallen in CO und Wasser.

n0(HCOOH) - Δn(HCOOH) = n(HCOOH)(t)

Nach 300 s Momentan-stoffmenge und -konzentration

n(HCOOH)(300 s) = 11 mmol - 4 mmol = 7 mmol und (7 mmol / 10 ml ) = c(HCOOH)(300 s) = 0,7 mol / l


Nach 600s Momentan-stoffmenge und -konzentration

n(HCOOH)(600 s) = 11 mmol - 6 mmol = 5 mmol und ( 5 mmol / 10 ml ) = c(HCOOH)(600 s) = 0,5 mol / l

Zu
Berechnung der mittleren Reaktionsgeschwindigkeit zwischen 300 s und 600 s
$$v(t) = \frac {\Delta c(HCOOH)}{\Delta t}$$

Δt = t2 - t1 = 600 s - 300 s = 300 s

Δc(HCOOH) = c(HCOOH)(600 s) - c(HCOOH)(300 s) = 0,5 mol / l - 0,7 mol / l = - 0,2 mol / l

$$v(t) = \frac {- 0,2\cdot mol}{l\cdot 300\cdot s} =  \frac {- 2\cdot mol}{l\cdot 3000\cdot s} = -\cdot \frac{2}{3}\cdot 10^{-3}\cdot \frac{mol}{l\cdot s}$$

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