Autor: yanpep

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Zeichnung

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Phase 1: Zeichnung

Die Reaktion von Stickstoffdioxid (NO2) zu Distickstofftetraoxid (N2O4) verläuft exotherm:

Sieh dir den anfänglichen Zustand im Gleichgewicht zwischen den beiden Stoffen an:

Aufgabe:

Zeichne den Gleichgewichtszustand (GGZ) nach einer Erhöhung des Drucks links bzw. nach einer Erhöhung der Temperatur rechts und erläutere deine Vorstellungen in den vorgesehenen Feldern.

 

Hilfe: Wie funktioniert die Zeichenfläche? Hilfe: Wie stelle ich die beiden Stoffe in meiner Zeichnung dar?

GGZ nach Erhöhung des Drucks (Temperatur bleibt konstant)

GGZ nach Erhöhung der Temperatur (Druck bleibt konstant)

Beschreibe deine Zeichnungen und erläutere deine Vorstellungen



Hilfe: Wie stelle ich die beiden Stoffe in meiner Zeichnung dar?

Zur Vereinfachung der Zeichnung steht die braune Kugel als einzelnes Teilchen für Stickstoffdioxid (in der Realität besteht allein dieses Molekül aus drei Atomen). Distickstofftetraoxid besteht dementsprechend aus zwei Teilchen Stickstoffdioxid (in der Realität damit aus sechs Atomen) und wird zur besseren Unterscheidung mit zwei farblosen Kugeln dargestellt.

 

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Simulation Teil 1

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Phase 2: Simulation Teil 1

Aufgabe 1:

Beobachte die Auswirkungen einer Druckänderung auf den Gleichgewichtszustand. Beschreibe deine Beobachtungen im vorgesehenen Feld. Hinweis: Halte die Temperatur konstant, indem du den Regler nicht bewegst.

 

Hilfe: Wie funktioniert die Simulation?

Beschreibe deine Beobachtungen



Hilfe: Wie funktioniert die Simulation?

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Simulation Teil 2

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Phase 2: Simulation Teil 1

Aufgabe 1:

Beobachte die Auswirkungen einer Druckänderung auf den Gleichgewichtszustand. Beschreibe deine Beobachtungen im vorgesehenen Feld. Hinweis: Halte die Temperatur konstant, indem du den Regler nicht bewegst.

 

Hilfe: Wie funktioniert die Simulation?

Beschreibe deine Beobachtungen



Hilfe: Wie funktioniert die Simulation?

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Überprüfung der Zeichnung

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Phase 3: Überprüfung der Zeichnung

Aufgabe:

Sieh dir deine anfänglichen Zeichnungen nochmal an. Überlege, welche neuen Inhalte du durch die Simulation gelernt hast. Ergänze deine Zeichnungen oder fertige neue Zeichnungen an. Erläutere anschließend erneut deine Vorstellung.

 

GGZ nach Erhöhung des Drucks (Temperatur bleibt konstant)

GGZ nach Erhöhung der Temperatur (Druck bleibt konstant)

Beschreibe deine Zeichnungen und erläutere deine Vorstellungen erneut:



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Anwendungsaufgabe

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Phase 4: Anwendung

Ammoniak (NH3) ist Ausgangsstoff für zahlreiche Düngemittel und damit eine der wichtigsten Chemikalien für die Nahrungsmittelproduktion weltweit. Die Synthese erfolgt nach dem Haber-Bosch-Verfahren, bei dem aus dem reaktionsträgen Stickstoff zusammen mit Wasserstoff in einer exothermen Gleichgewichtsreaktion Ammoniak entsteht (s. Gleichung unten).

Bei Raumtemperatur ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Umsetzung so gering, dass sich das Gleichgewicht erst nach sehr langer Zeit einstellt. Notwendig für die Reaktion ist deshalb ein Katalysator, der ab ungefähr 450 °C aktiv ist. Das Diagramm zeigt dir den so entstehenden Ammoniakanteil im Gleichgewicht bei unterschiedlichen Druck- und Temperaturbedingungen.

Aufgabe:
Erläutere anhand des Diagramms und dem Prinzip von Le Chatelier, warum eine Temperaturerhöhung auf 700 °C zwar die Reaktionsgeschwindigkeit steigern, aber den Umsatz an Ammoniak nicht erhöhen würde, sondern dies einer Druckerhöhung bedarf.

 

Erläutere hier:



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Zusammenfassung

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Überprüfe und versende deine Eingaben

Bitte überprüfe deine Eingaben und versende die Datei durch den Button am Ende der Seite

Zeichnungen: Druckerhöhung
Erste Zeichnung
Zweite Zeichnung
Zeichnungen: Temperaturerhöhung
Erste Zeichnung
Zweite Zeichnung
Beschreibung erste Zeichnungen Keine Angabe
Beschreibung zweite Zeichnungen Keine Angabe
Simulationsaufgabe: Einfluss Druck (bei konst. Temperatur) Keine Angabe
Simulationsaufgabe: Einfluss Temperatur (bei konst. Druck) Keine Angabe
Anwendungsaufgabe: Einfluss Temperatur und Druck auf Ammoniaksynthese Keine Angabe
Bitte gib dein Pseudonym ein

Feld 1: Geschlecht (w) für weiblich / (m) für männlich / (d) für divers
Feld 2: Der 2. und 3. Buchstabe deines Nachnamens (z.B. EY bei Meyer)
Feld 3: Der Tag deines Geburtstags in Zahlen (z.B. 24 oder 02)
Feld 4: Der jeweils 1. Buchstabe des Vornamens deiner Mutter und deines Vaters (z.B. LA bei Lea und Anton)

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Kontext

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Stickoxidabgase im Gleichgewicht

Im Jahr 2015 wurde Deutschland aufgrund hoher Stickoxid-Werte von der EU verklagt. Die Anzahl der Überschreitungen des EU-Grenzwerts ist seitdem rückläufig, trotzdem überschritten 2019 noch 20 % aller gemessenen Städte den Wert von 40 Mikrogramm pro Kubikmeter.

 

Stickoxide, wie bspw. NO, NO2 oder N2O4 wirken auf den Menschen giftig. Hauptquelle sind Automotoren im Straßenverkehr. Beim Austritt aus dem Auspuff bildet sich aus Stickstoffmonoxid (NO) zusammen mit Sauerstoff aus der Luft Stickstoffdioxid (NO2).

 

Stickstoffdioxid gilt als Indikator für die Luftqualität. Unerwähnt bleibt dabei häufig, dass sich dieses braune Gas in der Atemluft in einem chemischen Gleichgewicht mit dem farblosen Gas Distickstofftetraoxid (N2O4) befindet (vgl. Gleichung unten).

 

Das entstehende Gleichgewicht erschwert die Bestimmung der tatsächlichen Stickstoffdioxidbelastung in der Umgebungsluft zur Beurteilung von Grenzwerten, weil das entstehende NO2 teilweise zu N2O4 weiterreagiert.

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Zeichnung

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Phase 1: Zeichnung

Stelle dir zwei identische Behälter bei Raumtemperatur vor. In den linken Behälter füllst du 12 Moleküle NO2 (100 % NO2) und in den rechten Behälter 6 Moleküle N2O4 (100 % N2O4). Dann wartest du, bis sich in beiden Behältern ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat.

Aufgabe:

Zeichne den Zustand im Gleichgewicht (GGW) ausgehend von den unterschiedlichen Startbedingungen und erläutere deine Vorstellungen in den vorgesehenen Feldern.

 

Hilfe: Wie funktioniert die Zeichenfläche? Hilfe: Wie stelle ich die beiden Stoffe in meiner Zeichnung dar?

Gleichgewichtszustand im linken Behälter

Gleichgewichtszustand im rechten Behälter

Beschreibe deine Zeichnungen und erläutere deine Vorstellungen:



Hilfe: Wie stelle ich die beiden Stoffe in meiner Zeichnung dar?

Zur Vereinfachung der Zeichnung steht die braune Kugel als einzelnes Teilchen für Stickstoffdioxid (in der Realität besteht allein dieses Molekül aus drei Atomen). Distickstofftetraoxid besteht dementsprechend aus zwei Teilchen Stickstoffdioxid (in der Realität damit aus sechs Atomen) und wird zur besseren Unterscheidung mit zwei farblosen Kugeln dargestellt.