Reaktionsgeschwindigkeit im virtuellen Labor: Konzentration

Aktualisiert am 2026-10-06

Dieses Material misst die Reaktionsgeschwindigkeit im virtuellen Labor und passt zum Pflichtversuch (required practical) von AQA GCSE Chemistry zur Reaktionsgeschwindigkeit mit der Methode des Gasauffangens. Die Lernenden geben Calciumcarbonat-Stücke in Salzsäure, fangen das Kohlenstoffdioxid in einer Gasspritze auf und tragen das Volumen gegen die Zeit auf. Dann wiederholen sie den Versuch mit anderen Säurekonzentrationen. Sie berechnen mittlere Geschwindigkeiten, vergleichen Zeiten mit Geschwindigkeit ∝ 1/t und erklären die Ergebnisse mit der Stoßtheorie. Das Material unterstützt auch das Kinetik-Labor in AP Chemistry mit Marmor und Säure, in dem die Lernenden Anfangsgeschwindigkeiten vergleichen, um die Reaktionsordnung zu bestimmen.

Gasvolumen im Zeitverlauf messen – mittlere und momentane Reaktionsgeschwindigkeit

Lehrplanbezug

AQA GCSE Chemistry 4.6.1.2 (Faktoren, die die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen beeinflussen) und der zugehörige Pflichtversuch dazu, wie die Konzentration die Geschwindigkeit beeinflusst, gemessen über das entstehende Gasvolumen. In Combined Science: Trilogy ist derselbe Inhalt 5.6.1.2. Die zweite Methode dieses Pflichtversuchs, die Farb- oder Trübungsänderung („verschwindendes Kreuz“), ist nicht in dieser Simulation enthalten.
AP Chemistry Unit 5, Topics 5.1 Reaction Rates und 5.2 Introduction to Rate Law: siehe Erweiterung.
NGSS HS-PS1-5 (US-Standard): die Wirkung einer Änderung von Konzentration oder Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit erklären.

Simulic ist weder mit dem College Board noch mit AQA verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt. In Deutschland passt der Versuch zur Reaktionskinetik in der Oberstufe; einfache Varianten kommen auch in der Sekundarstufe I vor.

Vor dem Experiment (5 min)

Lassen Sie die Lernenden sich auf eine Vorhersage festlegen, auf Papier oder als Frage 1 des Klassenlinks:

„Sie verdoppeln die Säurekonzentration von 1,0 M auf 2,0 M und lassen alles andere gleich. Was passiert mit dem gesamten Gasvolumen und damit, wie schnell es entsteht?“

Viele Lernende erwarten „doppelt so viel Gas“. Korrigieren Sie sie noch nicht.

Durchführung in der Simulation

Der Kolben enthält 50 mL HCl. Die Messung läuft mit zehnfacher Echtzeit, 300 Sekunden Reaktion dauern also 30 Sekunden. Jede Messung bleibt im Diagramm, und die Ergebnistabelle listet alle Messungen auf.

Behalten Sie die Startwerte bei: CaCO₃, Stücke, m = 0,40 g, C(HCl) = 1,0 M, Temperatur 25 °C. Klicken Sie auf Start und warten Sie, bis die Stoppuhr 05:00 erreicht.
Die orangefarbenen Marken t₁ und t₂ stehen zu Beginn bei 20 s und 60 s. Ziehen Sie sie auf 30 s und 60 s. Die Formelzeile zeigt das Gasvolumen zu beiden Zeitpunkten.
Lesen Sie V am Ende und t bis ½ V am Ende in der Tabelle ab.
Klicken Sie auf Neue Messung, ändern Sie nur C(HCl) auf 0,5, 1,5 und 2,0 M und wiederholen Sie jeweils die Schritte 1–3.
Berechnen Sie die mittlere Geschwindigkeit in den ersten 60 s (Volumen bei 60 s ÷ 60) und die Geschwindigkeit als 1/t½.

C(HCl) (M)	V bei 30 s (mL)	V bei 60 s (mL)	V am Ende (mL)	t½ (s)	Mittlere Geschwindigkeit 0–60 s (mL/s)
0,5
1,0
1,5
2,0

Erwartete Ergebnisse

Alle Messwerte stammen aus der Simulation mit 0,40 g CaCO₃-Stücken bei 25 °C:

C(HCl) (M)	0,5	1,0	1,5	2,0
V bei 30 s (mL)	17,9	33,6	47,1	58,7
V bei 60 s (mL)	32,7	57,5	75,4	87,3
V am Ende (mL)	99,2	99,2	99,2	99,2
t½ (s)	103	49	32	24
Mittlere Geschwindigkeit 0–60 s (mL/s)	0,55	0,96	1,26	1,46

Jede Messung endet bei 99,2 mL. Die 0,40 g CaCO₃ (4,00 mmol) sind der limitierende Reaktionspartner, und selbst 0,5 M Säure liegt im Überschuss vor.
Die Kurven sind zu Beginn am steilsten und flachen ab, wenn die Stücke verbraucht werden.
Eine Verdopplung der Konzentration halbiert t½ (von 49 s auf 24 s), die Geschwindigkeit, gemessen als 1/t½, verdoppelt sich also ungefähr.
Die mittlere Geschwindigkeit über 60 s verdoppelt sich nicht (von 0,96 auf 1,46 mL/s): Bei 2,0 M ist die Reaktion nach 60 s fast vorbei. Deshalb vergleicht man Geschwindigkeiten zu Beginn oder als Zeit bis zum Auffangen eines festen Volumens.

Fragen für die Lernenden

(Vorhersage, nach dem Experiment erneut gestellt) Was passiert mit dem Endvolumen und der Geschwindigkeit der Reaktion, wenn Sie die Säurekonzentration verdoppeln?
Welche Variable müssen Sie in jeder Messung gleich halten?
Wie groß ist bei 1,0 M die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit in den ersten 60 s?
Wie viel schneller ist die Reaktion mit 2,0 M als die mit 1,0 M, wenn Sie Geschwindigkeit ∝ 1/t½ verwenden?
Warum reagiert die 2,0-M-Säure schneller, bildet aber nicht mehr Gas?

Antworten für Lehrkräfte: (1) Dasselbe Endvolumen, schneller aufgefangen. (2) Masse und Form des CaCO₃ und die Temperatur. (3) 57,5 mL ÷ 60 s = 0,96 mL/s (akzeptiert 0,94–0,98). (4) 49 ÷ 24 ≈ 2,0 (akzeptiert 1,85–2,15). (5) Mehr Säureteilchen pro Volumeneinheit ergeben häufigere Zusammenstöße mit der CaCO₃-Oberfläche, daher steigt die Geschwindigkeit. Das CaCO₃ ist der limitierende Reaktionspartner, daher ist die CO₂-Menge auf 4,00 mmol (99,2 mL) festgelegt.

Häufige Fehlvorstellungen

„Stärkere Säure bildet mehr Gas.“ Der limitierende Reaktionspartner bestimmt die Produktmenge. Die Konzentration ändert nur, wie schnell es entsteht.
„Höhere Konzentration lässt die Teilchen schneller bewegen.“ Die Geschwindigkeit der Teilchen hängt von der Temperatur ab. Die Konzentration erhöht die Zahl der Zusammenstöße pro Sekunde, nicht ihre Energie.
„Die Geschwindigkeit bleibt während einer Messung konstant.“ Die Steigung von V(t) ist zu Beginn am größten und fällt auf null.

Erweiterung

AP: Reaktionsordnung. Ziehen Sie t₁ auf 0 s und lesen Sie „v bei t₁“ in der Tabelle ab: 0,657, 1,314, 1,971 und 2,628 mL/s bei 0,5, 1,0, 1,5 und 2,0 M. Die Anfangsgeschwindigkeit ist proportional zur Konzentration, die Reaktion ist in diesem Modell also erster Ordnung bezüglich H⁺.
Oberfläche und Temperatur: Wechseln Sie bei 1,0 M zu Pulver: t½ fällt von 49 s auf 10 s. Zurück zu Stücken bei 35 °C: t½ beträgt 24 s, die Hälfte des Werts bei 25 °C.

Häufige Fragen

Können die Lernenden den Versuch ohne Abzug oder Gasspritze durchführen?

Ja. Sie erhalten aus der Simulation einen vollständigen Datensatz, Diagramme und Berechnungen. Nutzen Sie sie, um die Methode vor dem echten Versuch zu vermitteln, oder an seiner Stelle.

Warum liegt die Säure in jeder Messung im Überschuss vor?

Bei 0,40 g CaCO₃ und 50 mL Säure sind selbst 0,2 M HCl (10 mmol) mehr als die benötigten 8 mmol. Dadurch bleibt das Endvolumen gleich, und nur die Geschwindigkeit ändert sich.

Deckt die Simulation die Methode „verschwindendes Kreuz“ ab?

Nein. Sie nutzt nur das Gasauffangen. Führen Sie den Versuch mit Natriumthiosulfat als echten Laborversuch durch, oder nutzen Sie für das Teilchenbild das unten verlinkte Stoßmodell.