Grundlagen der physikalischen Chemie/Elektrochemie für HR · H-Sätze = hazard statements und P-Sätze = precautionary statements zu informieren! GHS-Piktogramme GHS01 GHS02 GHS03

N u r f ü r d e n i n t e r n e n G e b r a u c h b e s t i m m t !

1 Grundlagen der physikalischen Chemie/Elektrochemie für LA Chemie HR (SoSe 2018)

Skript zur experimentellen Übung

Grundlagen der physikalischen Chemie/Elektrochemie für HR

- Modul: LA Chemie HR: Chemische Basiskonzepte (BA-HR|BaKo) -

Lernergebnisse/Kompetenzen

Im Rahmen des Kurses lernen Sie klassische Schulexperimente zur physikalischen Chemie/Elektro-

chemie unter Beachtung von Sicherheitsaspekten durchzuführen, zu präsentieren, zu bewerten

und dabei Fachwissen, unter Verwendung der Fachsprache und ggf. mithilfe von grafischen Gestal-

tungsmitteln oder Funktionsmodellen, zu veranschaulichen. Sie stellen im Sinne eines fachüber-

greifenden Unterrichts Bezüge zum Physik- und Technikunterricht her.

Fachliche Themenschwerpunkte der Übung Grundlagen der physikalischen Chemie/Elektrochemie

für den Unterricht an Haupt-/Realschulen:

a) Donator-Akzeptor-Beziehungen (insbesondere Redoxreaktionen in der Elektrochemie):

Redoxreihe und elektrochemische Spannungsreihe der Metalle

elektrochemische Stromquellen (Batterien und Akkumulatoren)

Brennstoffzellen

Elektrolysen und Raffinationsverfahren

Korrosion und Korrosionsschutz

Stromleitung in Metallen, Halbleitern und Lösungen

b) grundlegende physikalisch-chemische Aspekte:

Stoffe und elektromagnetische Strahlung (Emission und Absorption von elektromagneti-

scher Strahlung, Spektralanalyse, Photometrie, „Chemie im Auge“)

Energie bei chemischen Reaktionen

der gasige Aggregatzustand



I. Sicherheitseinrichtungen

Wo sind die Notausgänge? Alle Türen und Fenster

Wo ist das nächste Telefon? In Raum AR-G 405 (Vorbereitung) , auf dem Tisch

vor dem Fenster; Notrufnummern: 2111 oder 4321

Wo sind Not-Ausschalter für Gas

und elektrischen Strom?

An den Versorgungseinheiten, am Pult und links neben den

Türen; der Gas-Haupthahn ist im Flur neben den Labortüren

Wo sind Notdusche, Augendusche,

Löschdecke und Feuerlöscher?

Neben der Eingangstür

Wo ist Erste-Hilfe-Material? Im Labor (AR-G 403) und in der Vorbereitung (AR-G 405)

II. Wichtige Telefonnummern

Notruf bei Unfällen 2111 oder 4321

Ersthelfer: Christoph Grebe 2222

III. Sofortmaßnahmen bei Unfällen

RETTEN bergen, alarmieren/warnen, Gas/Wasser/Strom abschalten

HELFEN Sofortmaßnahmen/Erste Hilfe

RUFEN Wo geschah der Unfall?

Was geschah?

Wie viele Verletzte?

Welche Verletzungen?

Wer meldet und wartet?

IV. Bestätigung der Kenntnisnahme

Nach der Sicherheitsbelehrung gemäß § 14 GefStoffV bestätigen Sie mit Ihrer Unterschrift die erfolg-

te Unterweisung sowie die Verpflichtung, die Laborordnung einzuhalten. Gebärfähige Teilnehmerin-

nen und Schwangere bestätigen mit ihrer Unterschrift die Unterweisung über besondere Vorsichts-

maßnahmen beim Umgang mit Chemikalien.



V. Laborordnung

Ein gefahrloses und sinnvolles Arbeiten mit Chemikalien und Geräten setzt voraus, dass

umsichtig experimentiert wird. Informieren Sie sich daher vor jedem Experiment über

mögliche Gefahren und Schutzmaßnahmen! Unfälle „passieren“ in der Regel nicht, sondern

werden verursacht. Daher kann auch eine Laborordnung das Mitdenken nicht ersetzen!

Arbeitskleidung Kittel, Schutzbrille, ggf. Handschuhe

Feste, geschlossene Schuhe, kein Schmuck

Verhalten im Labor Unbedingt sauber arbeiten und Ordnung halten

Brenner standsicher aufstellen und brennbare Gegenstände im Umkreis entfernen

Beim Erhitzen Reagenzglasmündungen nicht auf Personen richten; Siede-verzüge durch Schütteln und Siedesteinchen vermeiden

Druckgasflaschen müssen aufrecht stehen und gegen Umfallen gesichert sein! Nur zugelassene Reduzierventile nutzen! Nach der Gasentnahme alle Ventile wieder schließen!

Schäden melden, schadhafte Geräte aus dem Verkehr ziehen

Generelles Verbot Essen, trinken und rauchen sind verboten

Experimente nur unter Beachtung der Sicherheitsregeln durchführen. Eigenmächtige Abänderungen etablierter Versuchsvorschriften sind ver-boten, es sei denn, sie sind ausdrücklich gefordert!

Umgang mit Chemikalien H- und P-Sätze beachten

Kleinstmögliche Substanzmengen verwenden

Nur in geeigneten Behältern aufbewahren und diese wischfest und leserlich beschriften

Beim Chemikalientransport Gefahrenquellen umgehen (Entgleiten, Ausrutschen, Anstoßen usw.)

Chemikalien mit sauberem Löffel/Spatel entnehmen, Behälter nach Ent-nahme gleich wieder verschließen, Deckel/Stopfen nicht verwechseln

Chemikalien nicht in den Behälter zurück geben

Entzündliche Flüssigkeiten und brandfördernde Stoffe dürfen sich nicht in der Nähe offener Flammen befinden

Konzentrierte Lösungen von Säuren und Basen dürfen nur in den Abzügen aufbewahrt und gehandhabt werden. Arbeiten, bei denen giftige, reizen-de oder übel riechende Gase oder Dämpfe verwendet oder entwickelt werden, sind stets in den Abzügen durchzuführen.

Keine Chemikalien ohne Behälter oder Wägepapier auf die Waagschale legen

Sauberkeit Jeder ist für die Sauberkeit im Labor verantwortlich

Die Spülmaschine darf nur mit vorgereinigten Geräten/Utensilien aus Glas, Porzellan, Edelstahl beladen werden. Beschriftungen vorher abwaschen

Tische gründlich (auch zwischendurch) reinigen

Entsorgung Abfälle und Müll fachgerecht entsorgen

Vor Verlassen des Labors Aufräumen/wegräumen, abwaschen, ggf. Gas/Wasser/Strom abschalten

Hände waschen

Beim Betreuer abmelden



VI. Gefahrstoffe

Gefahrstoffe unterliegen laut Gefahrstoffverordnung einer Einstufungs- und Kennzeichnungspflicht. Es gilt das

„GH-System“ (kurz: GHS). Sie sind verpflichtet, sich vor jeder praktischen Laborübung über die jeweiligen

H-Sätze = hazard statements und P-Sätze = precautionary statements zu informieren!

GHS-Piktogramme

GHS01 GHS02 GHS03 GHS04 GHS05 GHS06 GHS07 GHS08 GHS09

– instabil

– explosiv

– entzündbar

– pyrophor

– selbster-hitzungs-fähig

– oxidierend – verdichtete Gase

– verflüssigte

Gase

– hautätzend

– korrosiv auf

Metallen

– augen-schädigend

– akut toxisch (Gefahren-kategorie

1-3)

– toxisch (Kat. 4)

– reizend

– sensibili-sierend

(Haut)

– narkotisie-rend

– sensibili-sierend

(Atemwege)

– mutagen

– karzinogen

– zielorgan-toxisch

– gewässer-gefährdend

VII. Gefahrstoffe im Unterricht – „Richtlinien zur Sicherheit im Unterricht“ (RISU)

Der Einsatz von Gefahrstoffen im Chemieunterricht wird in Nordrhein-Westfalen durch die „Richtlinien zur

Sicherheit im Unterricht an allgemeinbildenden Schulen in Nordrhein Westfalen“ (RISU-NRW)“ geregelt. Dort

heißt es u.a.:

Für Tätigkeiten mit Gefahrstoffen bei der Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung des Unterrichts

ist die Lehrerin bzw. der Lehrer […] verantwortlich. Daraus ergeben sich folgende Aufgaben bei experimen-

tellem Unterricht: […] Die Gefährlichkeit von Stoffen (Chemikalien), die bei dem geplanten Experiment ein-

gesetzt werden oder entstehen, muss ermittelt werden. Es ist zu prüfen, ob für den unterrichtlichen Zweck

Ersatzstoffe mit weniger gefährlichen Eigenschaften eingesetzt werden können, grundsätzlich sind Ersatz-

stoffe zu verwenden, wenn diese verfügbar sind. […]

Vor Versuchsdurchführung ist eine Gefährdungsbeurteilung durchzuführen. […] Für jeden Versuch – insbe-

sondere bei Schülerübungen – muss eine kurze, begründete Erläuterung der Sicherheitsmaßnahmen erfol-

gen (RISU-NRW 2017).

Vor jedem Experiment ist daher von Ihnen eine Gefährdungsbeurteilung gemäß RISU durchzuführen.



VIII. Struktur des Praktikums / Erwerb von Leistungspunkten

Verbindliche Bedingungen für den Erwerb der Leistungspunkte

Eine fundierte Vorbereitung zu jedem Praktikumstermin wird vorausgesetzt! (ggf. Antestate)

Bearbeitung aller Aufgaben im Praktikumsskript

Abrufbare Kenntnisse grundlegender Sicherheitsregeln. Zu Ihren Aufgabe zählt, die H- und P-Sätze in den

Versuchsvorschriften zu ergänzen und eine Gefährdungsbeurteilung zu erstellen.

Erwartet wird diszipliniertes Verhalten im Labor, insbesondere:

Vermeiden Sie beim Experimentieren jegliche Gefährdung anderer!

Beachten Sie die Laborordnung und die Sicherheitsbestimmungen!

Tragen Sie immer einen Laborkittel und eine Schutzbrille beim Experimentieren!

Verlassen Sie das Labor erst dann, wenn alles wieder aufgeräumt ist!

Gehen Sie sorgsam mit der Ausrüstung und dem Material um.

Glasbruch und andere Schäden sind sofort zu melden!

Führung eines „Protokollheftes“ bzw. „Protokollhefters“

sauber, lesbar/formatiert, gebunden, DIN A4-Heft/Hefter (keine „Loseblattsammlung“!)

zu jedem Experiment: eine ordentlich angefertigte Skizze, eine detaillierte Beobachtung und eine Ver-

suchsdeutung bzw. bearbeitete Aufgaben (vgl. Struktur unter Abschnitt XI).

Eine Woche nach dem jeweiligen Abschluss eines thematischen Schwerpunkts wird dem Praktikums-

leiter das Protokollheft übermittelt. Dieser überprüft die Inhalte auf sachliche und formale Richtigkeit.

Fehlerhafte Auswertungen müssen korrigiert werden.

Eigenrecherche: Suchen Sie zu drei der Themenbereiche zwei bis zehn jeweils ein neues schulorientiertes

Experiment. Genaueres wird in der 1. Sitzung besprochen.

Benotung: Die Kriterien für die Vergabe der Kreditpunkte werden Ihnen in der ersten Sitzung detailliert

dargelegt.

Fehlzeiten sind an einem mit dem Praktikumsbetreuer zu vereinbarenden Termin nachzuarbeiten.

Zu jedem Experimentaltermin wird ein/e Student/in als Labordienst eingeteilt, der/die das

Aufräumen der Gruppen am Ende der Einheit betreut. Bitte denken Sie daran, sich in die

ausliegende Liste einzutragen!

Bei den im Zeitplan angegebenen Terminen handelt es sich um einen groben Orientie-

rungsrahmen, der sich je nach Arbeitsweise der Gruppen verschieben kann. Am Ende des

Praktikums müssen alle Experimente bearbeitet sein.



IX. Zeitplan

Termin Thema Termin Thema

13.04.2018 1. Sicherheitsunterweisung

Grundlegende Laborpraxis 01.06.2018 6. Reaktionsgeschwindigkeit

1.1 Arbeiten mit dem Gasbrenner 6.1 Reaktions-

geschwindigkeit

1.2 Siedeverzug 6.2 Zuckerwürfel

1.3 Flammenfärbung 6.3 H2O2-Zersetzung

1.4 Brände löschen 08.06.2018 &

15.06.2018 7. Gase

1.5 Zerteilungsgrad 7.1 Wasserstoff

20.04.2018 &

27.04.2018 2. Spannungsreihe 7.2 CO2-Dichte und Druck

2.1 Kupferabscheidung 7.3 Dichte

2.2 „Versilbern“ / „Vergolden“ 7.4 Löslichkeit

2.3 Elektrochemische Korrosion 7.5 Löslichkeitskurve

2.4 Spannungsreihe der Metalle 22.06.2018 8. Druck

2.5 Konzentrationszellen 8.1 Druck-Volumen-Arbeit

04.05.2018 3. Energie (I) 8.2 Gasvolumen/Druck

3.1 Blei-Akkumulator 29.06.2018 9. Farbe

3.2 Elektrolytische Raffination von

Kupfer

9.1 Aufbau und Funktion

eines Photometers

3.3 Strom aus einem Apfel 9.2 Kristallviolett

11.05.2018 4. Energie (II) 9.3 Chromatographie

4.1 Eisen (III)-nitrat 06.07.2018 10. Trennverfahren

4.2 Chem. Reaktionen umkehrbar 10.1 Funktionsweise ARA

4.3 Wärmepackung 10.2 Der Schokoladentren-

nungsgang

4.4 Kältepackung 13.07.2018 Eigenexperimente

4.5 Gefrierpunktserniedrigung

25.05.2018 5. Wärme 20.07.2018 Evaluation/ Nachholtermin

5.1 Heizwerte

5.2 Neutralisationsenthalpie

5.3 Wärmekissen der Bundeswehr



XI. Versuchsprotokolle verfassen

Bitte orientieren Sie sich beim Protokollieren an der folgenden Struktur:

1.1 Titel des Experiments Name der Protokollantin/des

Protokollanten und Datum

a) Hypothese:

b) Material und Durchführung: siehe Skript

c) Aufbau (Skizze, Zeichnung oder Fotografie des Aufbaus):

d) Beobachtung (Beschreibung von Ereignissen / Veränderungen):

e) Auswertung (Erklärung / Deutung):

f) Alltagsbezug oder Kontext:

g) Literaturangaben:

zu a): Formulieren Sie zu jedem Experiment eine Hypothese (hypóthesis = Unterstellung, Vorausset-

zung, Grundlage; eine Aussage, der Gültigkeit unterstellt wird, die aber nicht bewiesen ist. Es ist üb-

lich, die Bedingungen anzugeben, unter denen Hypothesen gültig sein sollen).

zu b): Material und Durchführung müssen nicht notiert werden. Es genügt, wenn Sie hier angeben:

„siehe Skript“.

zu c): Sie können den Aufbau während des Experiments fotografieren oder auch abzeichnen (und

einscannen) und dann hier einfügen. Bitte komprimieren Sie Ihre „Files“.

zu d): Grenzen Sie bitte deutlich „Beobachtung“ und „Auswertung“ voneinander ab. Beobachtung:

Was können Sie sehen, hören, riechen? – Falsch: „Es fällt Silberchlorid aus“ / Richtig: „Es fällt ein

milchig-weißer Niederschlag aus“. Sie können sehen, dass ein weißer Niederschlag entsteht. Sie kön-

nen jedoch nicht sehen (!), dass Silberchlorid entsteht.

zu e): Für die Darstellung von Reaktionsgleichungen können Sie die Pfeile verwenden, die Sie in

WORD unter Symbole finden. Beispiele für Reaktionsgleichungen:

2 Mg(s) + O2(g) 2 MgO(s)

HCl(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + Cl-

(aq)

CO2(g) + 2 H2O(l) H3O+(aq) + HCO3

–(aq)

zu f): Hier stellen Sie einen Alltagsbezug zu Ihrem Experiment her bzw. legen dar, in welchen Kontext

Sie das Experiment einbetten würden. (Kontexte sind komplexe, fachübergreifend angelegte und auf

die Lebenswelt bezogene Fragestellungen. Anhand dieser Fragestellungen soll die Sinnhaftigkeit der

Beschäftigung mit der Wissenschaftsdisziplin Chemie einsichtig werden. Forderungen an die Kontex-

te/Inhalte: a) Schülerrelevanz, b) Gesellschaftsrelevanz, c) aktuelle Bedeutung).

zu g): Geben Sie bitte Ihre Literaturquellen bzw. Zugriffe auf Internetseiten an. Beispiele:



Atkins, P.W. & Jones, L. (2006): Chemie – einfach alles. Weinheim: Wiley-VCH, S. 63-68.

Brown, Th. L., LeMay, H. E. & Bursten, B. E. (2007): Chemie. Die zentrale Wissenschaft. Mün-

chen: Pearson, S. 13-21.

„Versuch 70: Reduktion von Kupferoxid mit Holzkohle“:

Quelle: http://netexperimente.de/chemie/70.html (Zugriff vom 10.03.2012)

Tipp: Sie können Schriftzeichen hoch- und tiefstellen, indem Sie …

… die folgenden Tastenkombinationen nutzen

hochgestellt (z.B. Ca2+): [Strg] + [+]

tiefgestellt (z.B. H2O): [Strg] + [#]

… die in der Abbildung hervorgehobene Funktion auswählen (entweder X2 oder X2). Zuvor muss die

tief- bzw. hochzustellende Ziffer mit dem Cursor markiert worden sein.



XII. Laborgeräte

Becherglas Erlenmeyerkolben Rundkolben Wanne

Reagenzglas … mit seitlichem Ansatz Reagenzglasgestell Spritzflasche

Mörser mit Pistill Uhrglas Petrischale Abdampfschale

Trichter Scheidetrichter Standzylinder Waschflasche

Dreifuß Keramikdrahtnetz Tondreieck Tiegel mit Deckel

Stativ Stativring Stativmuffe Stativklemme



Messpipette Messkolben Messzylinder Thermometer

Reagenzglashalter Tiegelzange Spatellöffel Tropfpipette

Heizplatte Bunsenbrenner Teclubrenner Liebigkühler

Verschiedene Kühler-Typen



Stative richtig aufbauen

Beim Aufbauen von Stativen gibt es ein paar Regeln zu beachten:

1. Die Stativklemme wird so in die Muffe eingespannt, dass die Öffnung der Muffe nach oben (1) und

nicht nach unten (2) zeigt.

(1) richtig (2) falsch

2. Die Stativklemme und das eingespannte Glasgerät (z.B. ein Reagenzglas) sollten stets über dem

Fuß des Stativs positioniert werden (3) und nicht seitlich (4).


3. Reagenzgläser werden am oberen Rand (5) und nicht in der Mitte (6) eingespannt. Dabei darf nicht

zu viel Druck ausgeübt werden, da das Glas sonst platzen kann.




Messgeräte richtig verwenden

Zum Bestimmen des Volumens von Flüssigkeiten gibt es verschiedene Messgeräte, z.B. Messzylinder,

Messkolben, Messpipetten, Büretten. Die Wahl des richtigen „Messgerätes“ hängt von dem abzu-

messenden Flüssigkeitsvolumen ab. Soll 1 mL Wasser möglichst genau abgemessen werden, ist eine

1-mL-Messpipette besser geeignet als ein 10-mL-Messzylinder. Daher sollten Sie für kleine Volumina

auch Messgeräte mit passenden Skalierungen verwenden. – Das Volumen einer Flüssigkeitsportion

liest man richtig am unteren Boden (Meniskus) der Flüssigkeitsoberfläche ab. Einen Messzylinder

oder eine Pipette hält man dazu senkrecht und den Miniskus in Augenhöhe.

Für das Ansaugen einer Flüssigkeit mit einer Pipette stehen

Pipettierhilfen zur Verfügung. Der Peleusball ist ein mit Venti-

len versehener Gummiball, der das exakte und gefahrlose Auf-

saugen und Auslaufenlassen von Flüssigkeiten ermöglicht. Vor

dem Ansaugen drückt man zunächst Ventil A und den Gummi-

ball zusammen. So ist der Peleusball einsatzbereit. Durch Drü-

cken von Ventil S wird die Flüssigkeit bis zur gewünschten

Markierung angesaugt. Das Auslaufenlassen erfolgt durch Drü-

cken von Ventil E.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/26/Peleusball.png



Arbeiten mit dem Gasbrenner

Der Gasbrenner – eine im Labor verwendete Heizquelle

Für den Einsatz im Labor stehen unterschiedliche Gasbrenner

zur Verfügung: der Teclubrenner, der Bunsenbrenner und der

Kartuschenbrenner. Allen Brennern ist gemeinsam, dass mit-

hilfe einer Regulierschraube die Luftzufuhr geregelt werden

kann. Beim Bunsenbrenner geschieht dieses durch die Seiten-

klappen, die mehr oder weniger geschlossen werden können.

Wie funktioniert ein Gasbrenner?

Der Gasbrenner besteht hauptsächlich aus einer regulierbaren Gas- und Luftzufuhr sowie einem

Brennerrohr. In dem Brennerrohr wird das Brenngas (Methan) mit Luft gemischt und dann oberhalb

der Öffnung verbrannt. Durch Verstellen der Luftzufuhr können verschiedene Flammen eingestellt

werden. Bleibt die Luftzufuhr geschlossen, entsteht eine leuchtende Flamme. Beim langsamen Öff-

nen der Luftzufuhr verschwindet das Leuchten, es entsteht eine nicht leuchtende Flamme. Bei den

meisten Experimenten wird mit der nicht leuchtenden Flamme gearbeitet. Wird die Luftzufuhr voll-

ständig geöffnet, entsteht die sehr heiße rauschende Flamme. Mit dieser Flamme muss wegen er-

höhter Verbrennungsgefahr besonders vorsichtig gearbeitet werden. In der rauschenden Flamme

sind deutlich ein innerer Kegel und ein äußerer Kegel zu erkennen. Diese unterschiedlichen Bereiche

einer Flamme haben auch unterschiedliche Temperaturen.

Richtiger Umgang mit dem Gasbrenner

Beim Anschließen des Gasbrenners ist darauf zu achten, dass der Gasschlauch fest mit dem Brenner

und der Gasentnahmestelle verbunden ist. Sitzt der Schlauch nicht dicht, kann Gas entströmen und

sich entzünden. Beim Entzünden bleibt die Luftzufuhr zunächst geschlossen. Der Haupthahn am

Brenner und der Gashahn am Experimentiertisch werden aufgedreht. Nach dem Entzünden kann

dann durch Verstellen der Luftregulierung die gewünschte Flamme eingestellt werden. Das Brenngas

bildet mit Luft explosive Gemische. Deshalb muss der Brenner sofort nach dem Öffnen der Gaszufuhr

entzündet werden. Während des Betriebes darf der Gasschlauch nicht eingeklemmt oder geknickt

werden. Um Verbrennungen zu vermeiden, wird bei längeren Experimentierpausen (z.B. beim Proto-

kollieren) der Brenner ausgestellt. Bei kürzeren Pausen wird die leuchtende Flamme eingestellt. Die-

se Flamme ist besonders gut sichtbar und weniger heiß.



1.1 Arbeiten mit dem Gasbrenner

Abzug!

Stoff: Stadtgas (Methan) Formel: CH4

H-Sätze: P-Sätze:

Material: Gasbrenner, Magnesiastäbchen, Glasrohr, Tiegelzange, Teelicht

Durchführung (Teil a): Inbetriebnahme des Brenners und Untersuchung der Temperaturverteilung in

einer Gasflamme

a) Die leuchtende Flamme: Der Brenner wird durch einen Gas-Sicherheitsschlauch mit dem Gashahn

verbunden und die Luftzufuhr unterbrochen. Der gelbe Gashahn und die Schraube am Brenner wer-

den geöffnet und das ausströmende Gas am oberen Brennerrand entzündet.

b) Die nicht leuchtende und rauschende Flamme: Während die Leuchtflamme des Brenners brennt,

wird die Luftzufuhr unten am Brenner langsam geöffnet. Durch die einströmende Luft entsteht das

deutlich hörbare Rauschen. Je weiter das Luftloch geöffnet wird, desto mehr Luft vermischt sich mit

dem Gas. Das Gas verbrennt heftiger und die Flamme wird heißer. Aus der leuchtenden Flamme wird

eine schwach blaue Heizflamme.

c) Die Flammenzonen: Ein Magnesiastäbchen wird horizontal in die Gasflamme gehalten, bis es an

den heißesten Stellen zu glühen beginnt. Zugluft ist bei dem Versuch zu vermeiden. Bringen Sie das

Stäbchen

in die leuchtende Flamme, ca. 5 cm über dem Schornsteinende,

in die nicht leuchtende Flamme, ca. 1 cm über dem Schornsteinende, sowie

in die nicht leuchtende Flamme kurz oberhalb (ca. 0,5 cm) des Innenkegels (heißester Punkt).

Beschriften Sie die Abbildung und kennzeichnen Sie den Weg des Gases durch rote Pfeile und den Weg der Luft

durch blaue Pfeile.

= ____________________

= ____________________

= ____________________

= ____________________

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c0/Bunsenbrenner.svg



Durchführung (Teil b): Tochterflamme: Führen Sie mithilfe eines Glasrohres, dessen Ende Sie mit der

Tiegelzange in den inneren Kegel der Brennerflamme halten, Methangas ab und entzünden Sie dieses

am Ende des Glasrohres mit der Flamme eines Teelichts.

Die rauschende Flamme hat verschieden heiße Zonen. Tragen Sie die Temperaturen mithilfe eines Chemiebuchs bzw. einer Inter-netrecherche in die Grafik ein.

Inbetriebnahme des Gasbrenners

Der Haupthahn am Brenner und die Luftzufuhr sind geschlossen. Der Gasschlauch muss fest mit dem Gasanschluss verbunden werden.

Zum Entzünden wird der

Haupthahn am Brenner

geöffnet, dann der Gashahn am

Experimentiertisch aufgedreht.

Anschließend

ausströmendes Gas

sofort entzünden.

Nach dem Entzünden kann

durch Verstellen der Luft-

regulierung die gewünschte

Flamme eingestellt werden.

Beim Ausstellen des Brenners wird zuerst die Luftregulierung geschlossen und danach die Gasregulierung am Brenner.

Zuletzt den Gashahn am

Experimentiertisch zudrehen.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d4/Teclubrenner.svg



1.2 Siedeverzug

Abzug

Material: Stativ, Stativklemme, Muffe, zwei Reagenzgläser, Laborbrenner, Wasser, Siedesteine.

Hinweise: Frontschieber des Abzugs geschlossen halten. Siedendes Wasser kann zur Verbrennung von Hautpartien führen.

Durchführung (Teil a):

Füllen Sie ein Reagenzglas zur Hälfte mit Wasser. Befestigen Sie das Reagenzglas leicht schräg (so

wie in der Abbildung).

Schrauben Sie die Stativklemme dabei vorsichtig und nicht zu fest zu, da durch zu hohen Druck

das Glas zerspringen kann.

Achten Sie darauf, dass der obere Reagenzglasrand von der Stativklemme umfasst wird.

Richten Sie das Stativ mit dem eingespannten Reagenzglas so aus, dass die Öffnung des Reagenz-

glases auf die rechte Seitenwand des Abzugs zeigt; niemals sollte die Öffnung auf eine Person ge-

richtet sein.

Schieben Sie den Laborbrenner unter das mit Wasser gefüllte Reagenzglas. Ziehen Sie das Schutz-

glas vor dem Abzug herunter und beobachten Sie den Versuch.

Durchführung (Teil b):

Gehen Sie genauso vor wie in Versuchsteil A, fügen Sie jedoch zum Wasser zu Beginn ein paar Sie-

desteinchen hinzu. Welche Funktion erfüllen die Siedesteinchen?



1.3 Flammenfärbung

Stoff: Lithiumchlorid Formel: LiCl

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Kaliumchlorid Formel: KCl

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Natriumchlorid Formel: NaCl

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Cäsiumchlorid Formel: CsCl

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Salzsäure (verd.) Formel: HCl(aq)

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Abfallbehälter für anorganische Abfälle

Material: Gasbrenner, 4 kleine Uhrgläser, Spatellöffel, Magnesiastäbchen, Cobaltglas, Pipette

Hinweis: Ergänzend können auch folgende Stoffe verwendet werden: Kupfer(II)-sulfat und Barium-hydroxid.

Durchführung: Geben Sie einige Salzkörnchen der Proben jeweils auf ein Uhrglas. Benetzen Sie die

Proben mit einigen Tropfen verdünnter Salzsäure. Glühen Sie ein Magnesiastäbchen in der stark rau-

schenden Flamme aus. Tauchen Sie dieses ausgeglühte Stäbchen in die angefeuchtete Probe. Halten

Sie das Magnesiastäbchen in die nicht leuchtende Brennerflamme. Führen Sie den Versuch mit allen

Salzen durch. Achten Sie immer auf ein intensiv ausgeglühtes Magnesiastäbchen. Verwenden Sie ein

Cobaltglas. Recherchieren Sie: Wozu benötigt man ein Cobaltglas?



1.4 Brände löschen

Abzug

Stoff: Ethanol (Brennspiritus) Formel: C2H5OH

H-Sätze: P-Sätze:

Material: Abdampfschale, Keramikplatte, feuchter Lappen, Holzspan, Feuerzeug, Kochsalz, Etha-

nol/Brennspiritus

Entsorgung: Die Reste können in den Ausguss gegeben werden.

Information: Brände können gelöscht werden, indem der Sauerstoff entzogen wird.

Durchführung: Geben Sie in die Abdampfschale einige Tropfen Brennspiritus und einige Körnchen

Kochsalz (Wenn man Kochsalz hinzu gibt kann man die Flamme besser sehen. Sie ist dann nicht hell-

blau, sondern gelb.) Entzünden Sie dann den Spiritus mit einem langen, brennenden Holzspan. Wenn

die Flamme gut zu sehen ist, nehmen Sie die Keramikplatte und legen Sie diese auf die Abdampf-

schale. Warten Sie einige Sekunden und heben Sie diese dann hoch. Führen Sie diesen Versuch da-

nach noch einmal durch. Verwenden Sie diesmal zum Zudecken einen feuchten Lappen.

1.5 Zerteilungsgrad

Abzug

Stoff: Eisenpulver und Eisenwolle Formel: Fe

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Die Reste werden in den Hausmüll gegeben.

Material: Feuerfeste Unterlage oder eine Abdampfschale, Tiegelzange, Kerze, Gasbrenner, Porzellan-rinne, Eisennagel, Eisenwolle, Eisenpulver

Information: Je feiner zerteilt ein Brennmaterial ist, desto größer ist die Oberfläche und umso hefti-

ger verläuft die Verbrennung. Mit zunehmendem Zerteilungsgrad läuft die Verbrennung heftiger ab.

Durchführung (Teil a):

Halten Sie einen Eisennagel in die Brennerflamme.

Halten Sie ein Stück (leicht auseinandergezogene) Eisenwolle in die Brennerflamme und dann

über die Abdampfschale.

Streuen Sie ganz vorsichtig Eisenpulver in die Brennerflamme. Verwenden Sie hierzu die Por-

zellanrinne. Wichtig: Halten Sie den Brenner schräg, so dass das Pulver nicht in die Brenner-

öffnung fallen kann.



2.1 Kupferabscheidung (Fällungsreihe der Metalle)

Stoff: Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat

Formel: CuSO4 5 H2O

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Sammelbehälter für Schwermetallsalzlösungen

Material: Reagenzglas, Reagenzglashalter, Gasbrenner, Eisennagel, destilliertes Wasser.

Information: Früher wurde auf Jahrmärkten häufig ein Trick angewendet, um das Publikum zu täu-

schen. Der Zauberer stellte einen Eisennagel in eine blaue Lösung und der verwandelte sich innerhalb

kurzer Zeit in einen Kupferstab. Das war aber keine Zauberei, sondern eine chemische Reaktion.

Durchführung: Lösen Sie einen Spatel Kupfer(II)-sulfat in einem bis zur Hälfte mit Wasser gefüllten

Reagenzglas. Wenn sich das Salz nicht gut löst, müssen Sie das Reagenzglas kurz mit dem Brenner

erwärmen. Tauchen Sie dann einen Eisennagel in die Lösung ein.



2.2 „Versilbern“ und „Vergolden“

von Kupfermünzen? Abzug

Stoff: Natronlauge (konz.) Formel: NaOH(aq)

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Zink Formel: Zn

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Wird vom Laborassistenten entsorgt. Ein Sammelbehälter steht bereit.

Material: 2 Bechergläser, Heizplatte, Gasbrenner, Tiegelzange, Tuch, Zinkpulver, Natronlauge, Kup-fermünze (Cent-Stücke), Wasser

Sicherheitshinweis: Achtung! Gasentwicklung!

Information: Ein weiterer bekannter Jahrmarktstrick (vgl. Experiment 2.1) besteht im Vortäuschen

von Gold. Es bietet sich hier vor allem die Kupfer-Zink-Legierung Messing an, deren Aussehen auf

dem ersten Blick an Gold erinnert.

Durchführung:

Mischen Sie in einem Becherglas zunächst 1 g Zinkpulver mit 20 mL der konzentrierten Natron-

lauge.

Erhitzen Sie anschließend das Gemisch unter gutem Rühren bis zum Sieden.

Geben Sie danach die Kupfermünzen in die Mischung.

Nehmen Sie nach ein bis zwei Minuten die Münzen mit einer Tiegelzange heraus und tauchen Sie

diese in ein mit Wasser gefüllten Becherglas.

Trocknen Sie die Münzen mit einem saugfähigen Tuch ab.

Wenn Sie anschließendes über dem Bunsenbrenner (nicht leuchtende Flamme) die "Silbermün-

ze" erhitzen, wird diese in eine "Goldmünze" überführt.



2.3 Elektrochemische Korrosion von Eisen

Stoff: Kaliumhexacyanoferrat(III) Formel: K3[Fe(CN)6]

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Phenolphthalein-Lösung Formel: C20H14O4(aq)

H-Sätze: P-Sätze:


Material: Petrischale, kleines Becherglas, Blattgelatine, 3 abgeschmirgelte Eisennägel (ca. 3 cm lang), Kupfer-, Zink- und Zinnfolien. (Anstelle der Zinnfolie kann auch die Stanniolkappe von Weinflaschen verwendet werden, die man so zu einem dünnen Band zusammenlegt, dass an der Oberfläche keine Farbe vorliegt.)

Literatur: Stegmüller, A. (1991): Versuch zur elektrochemischen Korrosion von Eisen. PdN-Ch 40 (8), S. 29.

Information: Berühren sich zwei Metalle mit unterschiedlichen Redoxpotenzialen in einem Elektroly-

ten, liegt ein Korrosionselement (Kontaktelement oder Lokalelement, wenn die Berührungsfläche

sehr klein ist) vor. Wenn man den in der Schulchemie häufig beschriebenen Versuch, bei dem ein

Eisennagel in der Mitte von einer Kupfermanschette umhüllt ist, um ein Eisen-Zink- und ein Eisen-

Zinn-Korrosionselement erweitert, kann man gleichzeitig demonstrieren, dass das Ausmaß der elekt-

rochemischen Korrosion von Eisen, das von einem anderen Metall berührt wird, u.a. davon abhängt,

an welcher Stelle der Spannungsreihe dieses Metall steht. Ist dieses Metall „edler" als Eisen, wird

Eisen zur Anode und oxidiert rascher; ist dieses Metall „unedler" als Eisen, wird Eisen zur Kathode

und löst sich nicht (oder nur in geringem Umfang) auf.

Durchführung: Nagel A wird in der Mitte mit einer Kupferfolie, Nagel B mit einer Zinkfolie und Nagel

C mit einer Zinnfolie fest umhüllt. Die drei so vorbereiteten Nägel werden in genügendem Abstand

zueinander in die Petrischale gelegt. Die Blattgelatine wird in 60-80 mL kaltem Wasser 5 Minuten

eingeweicht und anschließend unter Erwärmen gelöst. Dann erfolgt die Zugabe einer Spatel Kalium-

hexacyanoferrat(III) und von ca. 1-2 mL Phenolphthalein-Lösung. Die heiße Lösung gießt man in die

Petrischale, dass die drei Nägel gerade noch bedeckt sind.

Ergebnisse und Hinweise: Bei dem Langzeitversuch, der sich auch für die Wiederholung der elektro-

chemischen Korrosion eignet, zeigen sich die ersten Ergebnisse nach etwa 1-2 Stunden. Nach einigen

Tagen ist der Versuch immer noch auswertbar, insbesondere wenn die Petrischale nach dem Abküh-

len abgedeckt wird und so das Austrocknen der Gelatineschicht verhindert wird.



2.4 Spannungsreihe der Metalle als Minimalsystem

Stoff: Kupfernitrat Formel: Cu(NO3)2

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Zinksulfat Formel: ZnSO4

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Silbernitrat Formel: AgNO3

H-Sätze: P-Sätze:

Sicherheitshinweis: Silbernitrat verursacht Verätzungen an Augen und der Haut. Bei der Arbeit geeig-nete Schutzkleidung, Schutzhandschuhe und Schutzbrille tragen.

Entsorgung: Abfallbehälter für anorganische Salze mit Schwermetallen.

Material: Dreigeteilte Petrischale, größere und transparente Kunststoff- oder Glasschale als Auslauf-schutz, 2 Krokodilklemmen, 2 Kabel, Voltmeter, Becherglas, 3 Bierdeckel-Reiter mit v-förmiger Ein-kerbung (2 x 2 cm große Papp-Stege mit einem mittigen Längsschnitt), Kupfernitrat-Lösung, Zinksul-fat-Lösung, Silbernitrat-Lösung, Kupferblech oder -draht, Silberblech oder -draht, Zinkspan bzw. Zink-draht, Kaliumnitrat-Lösung. Die Lösungen sind jeweils 1-molar. Eine Menge von zehn Millilitern ist ausreichend.

Information: Petrischalen aus Glas und Kunststoff mit zwei-, drei- und viergeteilten Formen eignen

sich zur Darstellung elektrochemischer Minimalsysteme, da man mit einem heißen Eisennagel ein

Loch in ihre Wand stechen und dadurch Elektrodenmaterial einfügen kann. Als Elektroden können

Nägel aus rostfreiem Stahl, aufgebogene Heftklammern oder auch Bleistiftminen verwendet werden.

Die Arbeit mit solchen präparierten Schalen bietet viele Vor- und nur wenige Nachteile:

Vorteile Nachteile

Ökonomie substanz-, geld- und zeitsparend.

abfallarme, umweltgerechte, ökonomische Technik des Experimen-

tierens.

Demonstration Reaktionsabläufe werden gestrafft.

Parallelversuche und vergleichende Betrachtung von analogen oder

konkurrierenden Reaktionsabläufen sind möglich.

Teilvorgänge können abgedeckt werden.

Auf einer untergelegten Folie können Substanzbezeichnungen und

Formeln notiert werden. Diese Beschriftungen unterstützen die Vi-

sualisierung, stellen eine Assoziation zwischen Substanz, Formel

und Reaktion her und erwirken so eine deutlichere Übersicht.

Präsentation eines Petrischalenexperiments mit dem Overheadprojektor

Feststoffe, Niederschläge,

Trübungen und hoch kon-

zentrierte Lösungen erschei-

nen schwarz.

Die Petrischalen können aus-

laufen bzw. Flüssigkeit kann

bei Erschütterung heraus-

schwappen. (Deshalb ist es

sinnvoll, eine größere Schale

darunter zu stellen).



Durchführung:

In einer dreigeteilten Petrischale aus Kunststoff werden drei galvanische Halbzellen kombiniert und

deren Potenzialdifferenzen bestimmt.

a) Vorbereitung der Petrischalen: Die Metall-Elektroden werden gemäß der unten stehenden Skizze

in die Petri-Schale gelegt.

b) Aufbau der galvanischen Zelle: Die Elektrolyte (Metallsalzlösungen) werden in die entsprechen-

den Sektoren der Petrischale gefüllt und auf die Stege werden mit Kaliumnitrat-Lösung getränkte

Bierdeckel-Reiter aufgesteckt. Die Potenzialdifferenzen der möglichen Kombinationen werden

abgegriffen, indem die mit dem Spannungsmessgerät verbundenen Kabel vermittels der Kroko-

dilklemmen an die Elektroden angebracht werden. Hierfür werden jeweils zwei Metall-Elektro-

den über das Spannungsmessgerät miteinander verbunden. Da auch die Salzlösungen (Ionen-

Lösungen) durch eine Elektrolytbrücke (hier: Kaliumnitrat-„Reiter“) miteinander verbunden sind,

ist der Stromkreis geschlossen.

Beobachtungen: Mit dem Voltmeter können die Potenzialdifferenzen abgegriffen werden:

Redoxsystem Spannung (U; gemessen) Spannung (U; theoretisch)

(Zn/Zn2+//Cu2+/Cu) 1,11 Volt

(Zn/Zn2+//Ag+/Ag) 1,57 Volt

(Cu/Cu2+//Ag+/Ag) 0,46 Volt

Aufgabe: Interpretieren Sie die Ergebnisse!

Voltmeter

Krokodilklemme

Kabel

Petrischale mit

drei Kammern

Metall-Elektrode Bierdeckel-Reiter



2.5 Konzentrationszellen

Stoff: Zinksulfat (0,1 mol/l, verd., konz.) Formel: ZnSO4

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Abfallbehälter für anorganische Salze mit Schwermetallen.

Material: U-Rohr mit Fritte/Behälter mit Diaphragma; 2 Zinkbleche, Voltmeter, Stativmaterial

Durchführung:

Füllen Sie in ein U-Rohr mit Fritte beidseitig mit einer gleich konzentrierten Zinksulfat-Lösung

(z.B. 0,1 mol/L) und tauchen Sie jeweils ein Zinkblech hinein.

Verbinden Sie die beiden Halbzellen über ein Voltmeter miteinander.

Ersetzen Sie dann eine der beiden Lösungen durch eine verdünntere und anschließend durch

eine konzentriertere Zinksulfat-Lösung.

Vergleichen Sie die gemessenen Spannungen. Kennzeichnen Sie jeweils Plus- und Minuspol.

Aufgabe: Interpretieren Sie die Ergebnisse. Zeigen Sie durch geeignete Berechnungen, wie mithilfe

derartiger Konzentrationszellen unbekannte Konzentrationen ermittelt werden können.



3.1 Blei-Akkumulator

Abzug

Stoff: Blei-Platten (2 Stück) Formel: Pb

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Schwefelsäure (20 %ig) Formel: H2SO4

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Angaben des Laborleiters beachten

Material: Becherglas (250 ml), 2 Krokodilklemmen, 2 Kabel, Netzgerät, Voltmeter, Styropor-Schnitzel.

Durchführung:

Die beiden Blei-Platten werden in das Becherglas gestellt und oben am Rand umgebogen, damit

sie festhängen.

Zwischen die Platten füllt man Styropor-Schnitzel zur Säureersparnis ein. Gleichzeitig werden die

Platten dadurch voneinander ferngehalten.

Jetzt schüttet man die 20%ige Schwefelsäure hinein und stellt mit den Krokodilklemmen und

Kabeln die Anschlüsse zum Netzgerät her.

Nun wird 2-3 Minuten mit ca. 5 V Gleichstrom geladen. (Dabei steigen Gase auf.)

Anschließend verbindet man die beiden Kabel mit einem Voltmeter.

3.2 Elektrolytische Raffination von Kupfer

Stoff: Kupfersulfatlösung Formel: CuSO4

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Schwefelsäure (0,5 mol/L) Formel: H2SO4

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Die Lösung wird in den Schwermetallsammelbehälter gegeben. Die Elektroden werden gereinigt.

Material: Becherglas (100 m L), Stromversorgungsgerät, Kabel, Krokodilklemmen, Spatel, Vielfach-messgerät, Kupferelektrode, Messingelektrode.

Durchführung: Füllen Sie das Becherglas mit 50 mL konz. Kupfersulfatlösung und setzen Sie die Elekt-

roden ein. Die Messingelektrode (verwendet als Rohkupfer-Elektrode) ist der Pluspol (Anode), die

Kupferelektrode wird als Minuspol (Kathode) geschaltet. Nun wird bei einer Gleichspannung von 12-

15 Volt elektrolysiert.

Zur besseren Darstellung der Schlierenbildung an der Anode kann im Anschluss folgender Versuch durchgeführt werden: In ein Becherglas wird 50 mL Schwefelsäure (0,5 mol/L) gegeben. Die Anode ist die Messingelektrode, als Kathode dient die Kupferelektrode. Es wird erneut bei Gleichspannung von 12-15 Volt elektrolysiert.

http://de.wikipedia.org/wiki/Global_harmonisiertes_System_zur_Einstufung_und_Kennzeichnung_von_Chemikalien#.C3.9Cbersicht:_EU-Gefahrensymbole.2C_UN.2FGHS-Gefahrenpiktogramme.2C_UN.2FADR-Gefahrensymbole








Schema:

Aufgabe: Beschreiben Sie die bei der elektrolytischen Kupferraffination auftretenden Prozesse (mit

Reaktionsgleichungen)!

3.3 Eigenes Experiment!

Strom aus einem Apfel

Stoff: Formel:

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Formel:

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Formel:

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Formel:

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Angaben des Laborleiters beachten

Material:

Aufgabe: Recherchieren Sie selbst eine geeignete Versuchsvorschrift, fertigen Sie eine Skizze des

Aufbaus an und führen Sie das Experiment durch. Bitte bringen Sie das für diesen Versuch benötigte

Material, das nicht im Labor vorhanden ist (Obst), selbst mit!

Zn Fe Pb Cu

Ag

Au

Pt

Zn2+

Fe2+ Pb2+ Cu2+

+ _

Cu

Anodenschlamm

Anode Kathode



4.1 Reaktion von Eisen(III)-nitrat mit Natriumcarbonat

Stoff: Natriumcarbonat Formel: Na2CO3 ∙ 10 H2O

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Eisen(III)-nitrat Formel: Fe(NO3)3 ∙ 9 H2O

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Anorganische Abfälle

Material: 250 mL-Becherglas oder 250-mL-Erlenmeyerkolben, digitales Temperaturmessgerät oder Thermometer, Waage, Glasstab

Literatur: Schmidkunz, H. (1987): Das Streben nach Unordnung als treibende Kraft bei chemischen Reaktionen. NiU-PC 35 (24), S. 31-35.

Information: Die Reaktion von Eisen(III)-nitrat mit Natriumcarbonat läuft unter deutlicher Abkühlung

freiwillig ab und stellt somit ein Gegenbeispiel zu der Hypothese (Prinzip von Berthelot) dar, dass

Reaktionen gerade dann freiwillig ablaufen, wenn dabei Wärme freigesetzt wird.

Durchführung: Etwa 10 g Eisen(III)-nitrat und 7 g Natriumcarbonat werden in einem Becherglas unter

leichtem Rühren vermischt.

4.2 Chemische Reaktionen sind umkehrbar

Stoff: Kupfer(II)-sulfat-Anhydrat Formel: CuSO4

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Das Kupfersulfat wird aufbereitet und wiederverwertet.

Material: Reagenzglasgestell, Reagenzglas, Reagenzglashalter, Gasbrenner, Spatel, digitales Thermo-meter, kleines Becherglas mit Tropfpipette, wasserfreies Kupfer(II)-sulfat, destilliertes Wasser

Information: Kristallwasser oder auch Hydratwasser ist die Bezeichnung für Wasser, das im kristalli-nen Festkörper gebunden vorkommt. Kristallwasserhaltige Substanzen werden auch als Hydrate be-zeichnet. So gibt es z. B. kristallwasserfreies Kupfersulfat (CuSO4) und das entsprechende Penta-hydrat mit fünf Wassermolekülen pro Formeleinheit (CuSO4 · 5 H2O; Die Bindung wird durch einen hochgestellten Punkt symbolisiert, diese Schreibweise gibt aber keine Auskunft über die Art der Bin-dung). Die kristallwasserfreien Salze werden Anhydrate genannt (z. B. Natriumsulfat-Anhydrat, Kup-fersulfat-Anhydrat). Bei der Bildung der Hydrate wird Energie in Form von Hydratationswärme frei – das ist die Energie, die beim „Brennen“ zugeführt werden muss.

Durchführung (Teil a): Füllen Sie ein trockenes Reagenzglas zu 1 cm mit wasserfreiem Kupfersulfat.

Messen Sie die Ausgangstemperatur. Lassen Sie das Thermometer im Stoff stecken. Geben Sie mit

der Pipette tropfenweise Wasser hinzu, solange der Stoff das Wasser „aufsaugt“. Messen Sie die

Endtemperatur. Reinigen Sie das Thermometer. Führen Sie mit dem Produkt Teilversuch b durch.

Durchführung (Teil b): Erhitzen und schütteln Sie das Reagenzglas aus Teilversuch A im Reagenzglas-

halter über der Gasbrennerflamme. Prüfen Sie, ob die beginnende Stoffumwandlung sich außerhalb

der Flamme fortsetzt. Entsorgen Sie das Kupfersulfat im dafür vorgesehenen Sammelbehälter des

Dozenten.






Aufgabe: Zeichnen Sie für beide Reaktionen Energieprofile.

4.3 Bildung einer unterkühlten Natriumacetat-

Trihydrat-Schmelze (Prinzip einer Wärmepackung)

Stoff: Natriumacetat-Trihydrat

Formel: CH3COONa 3 H2O

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Man kann das Salz zurückgewinnen, indem man den Kristallbrei mit wenig Wasser wie-der löst und in ein Sammelgefäß gibt. Beim Stehenlassen verdampft das Wasser und das zurückblei-bende Natriumacetat kann bei späteren Kristallisationsversuchen erneut eingesetzt werden.

Material: 2 Reagenzgläser, Löffelspatel, Messzylinder (10 mL), Waage, Gasbrenner, evtl. Trichter, digitales Thermometer

Hinweis: Sollte die Kristallisation schon während des Abkühlens einsetzen, waren Kristallisationskei-me (evtl. Schmutz) vorhanden. Der Versuch muss in diesem Fall wiederholt werden.

Information: Bergsteiger, die in den Herbst- und Wintermonaten in großen Höhen übernachten,

haben oft Wärmepackungen in ihrem Gepäck. Diese bestehen meistens aus einer übersättigten Lö-

sung eines Salzes und einer kleinen Metallplatte. Wird nun die Metallplatte gedrückt bzw. gerieben,

wird das Salz zum Kristallisieren angeregt. Dieser Vorgang ist exotherm. Wärmepackungen können

aber auch aus einem festen Salz und Wasser bestehen. Sie funktionieren dann ähnlich wie die Kälte-

packungen, nur mit dem Unterschied, dass die gewählten Salze eine negative Lösungsenthalpie auf-

weisen. Diese sind beispielsweise wasserfreies Calciumchlorid, CaCl2, oder Magnesiumsulfat, MgSO4.

Durchführung: Wiegen Sie in zwei saubere Reagenzgläser je 5 g Natriumacetat-Trihydrat ein und

geben Sie jeweils 1-2 mL Wasser hinzu. Nun erwärmen Sie die Gemische über der Flamme des Gas-

brenners, bis alles Natriumacetat gelöst ist. Es ist darauf zu achten, dass auch die Natriumacetatkris-

talle, die im oberen Teil des Reagenzglases haften, vollständig gelöst und in die Lösung gespült wer-

den. Dann stellen Sie die Reagenzgläser ab und stellen in ein Reagenzglas ein Thermometer. Haben

Energie

Reaktionsverlauf

Energie

Reaktionsverlauf



die Lösungen in etwa Raumtemperatur erreicht, lösen Sie im ersten Reagenzglas die Kristallisation

durch Einwerfen eines kleinen Natriumacetatkristalls und im zweiten Reagenzglas durch Reiben der

Reagenzglaswand (im Inneren der Lösung) mit einem sauberen Glasstab aus. Um die erhebliche

Wärmetönung zu spüren, sollte man ein Reagenzglas in die Hand nehmen und den Temperaturan-

stieg mit Hilfe des Thermometers bestimmen.

Aufgabe: Hören Sie sich die Ausgabe „Wie funktioniert der Taschenwärmer“ aus der Podcast-Serie

„Der Chemie-Reporter“ an.

4.4 Lösungsenthalpie

(Prinzip einer Kältepackung)

Stoff: Ammoniumnitrat Formel: NH4NO3

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Lithiumchlorid Formel: LiCl

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Natriumchlorid Formel: NaCl

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Kaliumnitrat Formel: KNO3

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Harnstoff

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Anorganische Abfälle mit Schwermetallen bzw. Abwasser (Lösungen von NaCl und Harn-stoff)

Material: Becherglas (50 ml), Glasstab, Löffelspatel, Thermometer, Wasser

Information: Wenn man sich einen Knöchel verstaucht, sollte man sofort mit Eis kühlen, damit sich

die geplatzten Blutgefäße um die Verstauchung herum zusammenziehen und so der Bluterguss mög-

lichst gering ausfällt. Da man aber nicht immer Eis zur Verfügung hat, greifen Athletinnen und Athle-

ten häufig zu sogenannten Kältepackungen. Sie bestehen aus einem unterteilten Plastikbeutel, der in

der einen Abteilung einen weißen Feststoff und getrennt davon in der anderen Abteilung blau ge-

färbtes Wasser enthält. Der weiße Feststoff ist Ammoniumnitrat, NH4NO3, dessen Lösungsenthalpie

positiv ist. Benötigt man die Kältepackung, dann zerreißt man die Trennwand zwischen dem Ammo-

niumnitrat und dem Wasser, indem man den Beutel quetscht. Beim Vermischen der beiden Kompo-

nenten löst sich das Salz. Die endotherme Reaktion entzieht der Umgebung (dem verstauchten Knö-

chel) Energie. Dadurch wird der Knöchel gekühlt. An der blauen Farbe erkennt der Benutzer, ob die

Man kennt die handlichen Plastiksäckchen, die warm werden, wenn

man das Metallplättchen knickt, das dort drin schwimmt. Im Winter

eine angenehme Sache: Die kalten Finger finden in der Hosentasche

immer ein warmes Plätzchen. Doch wie geht das, so ganz ohne Feuer

oder Batterie? Das verrät mal wieder die Chemie. In unterhaltsamen

Episoden beantwortet der Chemie Reporter jede Woche Alltagsfragen

unserer Podcasthörer rund um das Thema Chemie.

Quelle: http://www.corporate.basf.com/de/podcast/reporter.xml



Trennwand zerrissen wurde. Die blaue Farbe vermittelt auch den ästhetischen Eindruck von Kälte –

ein roter Farbstoff besäße diese psychologische Wirkung nicht.

Durchführung (a): Das Becherglas wird zur Hälfte mit Wasser gefüllt und die Temperatur bestimmt.

Drei Löffel Ammoniumnitrat werden in das Wasser gegeben, es wird mit dem Glasstab gerührt und

die Temperatur beobachtet. Die niedrigste Temperatur wird notiert.

Durchführung (b): Der Versuch wird mit den anderen angegebenen Substanzen wiederholt.

4.5 Herabsetzen des Gefrierpunktes

Stoff: Calciumchlorid Formel: CaCl2

H-Sätze: P-Sätze:

Material: 2 x 50 ml Becherglas, 400 ml Becherglas, Eis, destilliertes Wasser, Steinsalz, Glycerin, Natri-umchlorid, Stativmaterial

Durchführung:

1. Füllen Sie ein 400 ml Becherglas zu ¾ mit gestoßenem Eis. Geben Sie 40 g Steinsalz hinzu und

vermischen Sie gründlich. Bestimmen Sie die Temperatur. Sie sollte etwa – 10 °C betragen.

2. Füllen Sie 15 ml destilliertes Wasser in ein Reagenzglas mittlerer Größe und montieren Sie

dieses Reagenzglas am Stativ. Tauchen Sie das Reagenzglas so in das Eis, dass das Wasser

komplett im Eis liegt.

3. Rühren Sie die Lösung so lange, bis die Temperatur nicht mehr fällt. Das Rühren können Sie

mit dem Thermometer durchführen. Beobachten Sie dann die Lösung und notieren Sie die

Temperatur, bei der erste Kristalle entstehen. Das ist der Gefrierpunkt. Ist er nicht bei exakt

0°C, dann notieren Sie den Fehler.

4. Führen Sie Schritte 1 bis 3 mit 3 ml Glycerin und 15 ml destilliertem Wasser in einem 50 ml

Becherglas durch. Vergewissern Sie sich, dass das Eis-Salz-Gemisch noch – 10 °C besitzt.

5. Führen Sie Schritte 1 bis 3 mit jeweils 0,75 g NaCl bzw. 0,75 g CaCl2 in 15 ml destilliertem

Wasser in einem Becherglas durch.



5.1 Heizwerte von Rapsöl, Biodiesel oder Diesel

Abzug

Stoff: Rapsöl Formel:

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Biodiesel Formel:

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Diesel Formel:

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung:

Material: 400-mL-Erlenmeyerkolben, Rührstab, Temperaturmessgerät, Stoppuhr, 25-/50-mL-Erlen-meyerkolben, durchbohrter Stopfen mit passendem Glasrohr, Stoppuhr, Docht, Stativmaterial

Hinweise: Es sollte möglichst wenig Luftzug vorhanden sein, damit die heißen Verbrennungsgase nach oben aufsteigen und nicht zur Seite entweichen. Die Flamme sollte (vor der eigentlichen Mes-sung!) so eingestellt werden, dass sie ohne Rußen verbrennt. Man reguliert durch Herausziehen oder Hineindrücken des Dochtes. Der Erlenmeyerkolben sollte möglichst viel Biodiesel enthalten, damit dieser in ausreichender Menge von unten nachströmt und die Flamme nicht zu klein wird. Die Waage sollte mindestens über eine Anzeige der Genauigkeit 10 mg, besser noch 1 mg verfügen.

Literatur: Glöckner, W.; Jansen, W.; Weissenhorn, R.G. (Hrsg.) (2007): Handbuch der experimentellen Chemie – Sekundarbereich II. Band 7: Chemische Energetik. Köln: Aulis Verlag Deubner, S. 244-246.

Durchführung: Ein kleiner Erlenmeyerkolben wird mit Biodiesel gefüllt. Er wird mit einem durchbohr-

ten Stopfen verschlossen, in dem sich ein Glasrohr befindet. Durch das Glasrohr wird ein Docht ge-

führt. Ein großer Erlenmeyerkolben wird zunächst leer gewogen, dann mit 200 mL Wasser gefüllt und

an einem Stativ befestigt. In den Erlenmeyerkolben wird der Fühler eines Temperaturmessgerätes

eingetaucht. Vor der eigentlichen Messung wird der Stopfen einmal kurz so fest auf den mit Biodiesel

gefüllten Erlenmeyerkolben gedrückt, dass der Biodiesel im Glasrohr bis oben aufsteigt. Danach wird

der Biodiesel entzündet und die Flamme durch Hineindrücken oder Herausziehen des Dochtes mit

Hilfe einer Pinzette auf eine Größe von ca. 1 cm eingestellt. Die Flamme wird zunächst wieder ausge-

blasen und die Masse des Erlenmeyerkolbens mit dem Biodiesel und die Anfangstemperatur des

Wasserbades bestimmt. Dann wird der kleine Erlenmeyerkolben unter den großen gestellt und der

Biodiesel erneut gezündet. Nun wird im Abstand von 30 Sekunden die Temperatur des Wassers abge-

lesen und notiert. Man lässt den Biodiesel etwa acht Minuten brennen. Danach wird die Flamme

ausgeblasen und die Temperatur weiterhin über einen Zeitraum von fünf Minuten notiert. Nach Ab-

schluss des Versuches wird der Erlenmeyerkolben mit dem Biodiesel erneut gewogen. Durch Diffe-

renzbildung wird die Masse des verbrannten Biodiesels bestimmt.

Quelle der Abbildung: Glöckner, W.; Jansen, W.; Weissenhorn, R.G. (Hrsg.) (2007):

Handbuch der experimentellen Chemie – Sekundarbereich II. Band 7: Chemische Energetik. Köln: Aulis Verlag Deubner, S. 245.

Statt einen Erlenmeyer-

kolben mit Brennmittel

zu füllen, können Sie

auch die vorgefertigten

Brennpastenbrenner

verwenden.



Auswertung: Die Messwerte werden in ein Temperatur/Zeit-Diagramm eingetragen und die maxima-

le Temperaturdifferenz ermittelt. Hieraus wird der Heizwert 𝐻𝑢 berechnet, wobei berücksichtigt

wird, dass außer dem Wasser auch der Erlenmeyerkolben erwärmt wird. Da dieses jedoch nur im

unteren Bereich geschieht, wird die Gesamtmasse des Erlenmeyerkolbens nur zu 2/3 einbezogen:

𝑄 = −∆𝑇 ∙ (𝑚(𝑊𝑎𝑠𝑠𝑒𝑟) + 𝑚(𝐺𝑙𝑎𝑠) ∙ 𝑐(𝐺𝑙𝑎𝑠)]

mit:

m: Masse des entsprechenden Bestandteils

cp(Wasser): 4,19 Jg-1K-1

cp(Glas): 0,85 Jg-1K-1

Das Einsetzen der ermittelten Temperaturdifferenz, Massen und spezifischen Wärmekapazitäten in

die Gleichung ergibt:

𝑄 = −8,7𝐾 ∙ (200 𝑔 ∙ 4,19 𝐽𝑔−1𝐾−1 + 88 𝑔 ∙ 0,85 𝐽𝑔−1𝐾−1) = −7941,1𝑀𝐽

𝑘𝑔

𝐻𝑢(𝐵𝑖𝑜𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙) =𝑄

𝑚(𝐵𝑖𝑜𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙)= −

7941,1 𝐽

0,218 𝑔= −36,4

𝑀𝐽

𝑘𝑔

Für die verschiedenen Brennstoffe erhält man Ergebnisse wie in der folgenden Tabelle dargestellt.

in g Verbrannte Masse Heizwert in MJ/kg Abweichung

Mittelwert Literaturwert Biodiesel 0,18-0,25 -32,6 -37 12 %

Rapsöl 0,18-0,25 -33,3 -37 10 % Diesel 0,14-0,15 -42,1 -41 1 % Heizöl -41

Tabelle: Heizwerte verschiedener Flüssigbrennstoffe (Wie bei Naturprodukten üblich, unterliegen sowohl die in der Literatur angegebenen

als auch die experimentell bestimmten Werte gewissen Schwankungen.)

Fehlerquellen: Die experimentell ermittelten Werte liegen meistens um 10-15 % unterhalb der theo-

retisch zu erwartenden. Diese Abweichung ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass ein Teil der

Wärmeenergie an den Seiten entweicht und damit nicht zur Erwärmung des Wassers führt. Man

kann diese Fehlerquelle verringern, wenn man entweder den Versuch im (abgeschalteten!) Abzug

durchführt, was aber aufgrund der i. A. zur Verfügung stehenden Anzahl an Abzügen bei der Durch-

führung als Schülerversuch nicht möglich ist, oder man kann einen „Windschutz“ um die Apparatur

herumbauen, indem man Alufolie an drei Stativen befestigt und die Apparatur damit nach drei Seiten

abschirmt. Die so erhaltenen Ergebnisse sind gerade in Räumen, in denen sich mehrere Personen

bewegen, deutlich besser, bedeuten aber auch einen erheblich aufwändigeren Aufbau. Aber auch

wenn diese Variante nicht gewählt wird, kann im Unterrichtsgespräch diskutiert werden, wie die

einfache Apparatur verbessert werden könnte.

Ein Vergleich der Heiz- und Brennwerte von Diesel und Biodiesel zeigt, dass die Werte für Biodiesel

um knapp 15 % geringer sind. Hieraus resultiert beim Einsatz von Biodiesel ein erhöhter Kraftstoff-

verbrauch.



5.2 Neutralisationsenthalpie

Stoff: Salzsäure (2 mol/L) Formel: HCl(aq)

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Natronlauge (2 mol/L) Formel: NaOH(aq)

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Die neutrale (!) Lösung kann in den Ausguss gegeben werden.

Material: Bechergläser, 2 100-mL-Messzylinder oder besser 2 50-mL-Vollpipetten, Peleusball, digita-les Temperaturmessgerät oder Thermometer

Durchführung: Man misst jeweils genau 50 mL Natronlauge bzw. Salzsäure ab, die durch längeres

Stehen im gleichen Raum gleiche Temperatur haben sollten. Man gibt eine der Lösungen in das Be-

cherglas und misst die Temperatur. Nun gibt man die andere Lösung unter Umrühren schnell hinzu

und bestimmt die höchste erreichte Temperatur.

Beobachtung: Man ermittelt z.B. eine Temperaturerhöhung für die nun 100 mL umfassende Lösung

von 𝜗0 = 20°𝐶 auf 𝜗1 = 34°𝐶, was einem ∆𝑇 von 14,0 K entspricht. Weitere Messergebnisse waren:

∆𝑇 = 13,9 𝐾 und ∆𝑇 = 14,1 𝐾.

Auswertung: Für die bei der Reaktion freiwerdende Wärmemenge 𝑄 gilt:

𝑄 = −∆𝑇 ∙ 𝑚(𝑊𝑎𝑠𝑠𝑒𝑟) ∙ 𝑐𝑝(𝑊𝑎𝑠𝑠𝑒𝑟)

Hierbei wird angenommen, dass die spezifische Wärmekapazität der Lösung gleich der von Wasser

ist.

𝑄 = −4,19 𝐽 ∙ 𝑔−1 ∙ 𝐾−1 ∙ 100 𝑔 ∙ 14,0 𝐾 = −5,866 𝑘𝐽

50 mL Salzsäure, 𝑐(𝐻𝐶𝑙) = 2 mol/L, enthalten 0,1 mol HCl, d.h. für die Reaktionsenthalpie ∆𝐻0 (be-

zogen auf ein Mol)

∆𝐻0 = −5,866 𝑘𝐽

0,1 𝑚𝑜𝑙= −58,66 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1

Weitere Versuche ergaben folgende Werte: ∆𝐻0 = −58,10 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1 bzw. −58,91 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1. In der

Literatur werden bei diesen Konzentrationen Werte von ∆𝐻0 = −58,2 bzw. −58,95 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1 ge-

nannt. Geht man von Lösungen c(HCl) = 1 mol/L und c(NaOH) = 1 mol/L aus, so erhält man z.B.

∆𝐻0 = −57,68 bis −57,10 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1. In der Literatur wird ∆𝐻0 = −57,6 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙−1 angegeben.



5.3 Das Wärmekissen der Bundeswehr

Stoff: Eisenpulver Formel: Fe

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Aktivkohle Formel: C

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Kochsalz Formel: NaCl

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Anorganische Abfälle

Material: Becherglaser (50 ml, hohe Form), Gefrierbeutel (1l), Sauerstoff (Druckflasche), Thermome-ter

Information: Auch die Bundeswehr verfügt über ein Wärmekissen. Das entwickelt so viel Wärme,

dass die Soldaten damit sogar ihr Essen kochen können. Sie geben zu der festen Mischung etwas

Wasser, dann wird sie heiß. Durch Öffnen oder Schließen des Gefäßes kann die Wärmeabgabe ge-

steuert werden: Öffnet man es, wird die Masse rasch heiß, schließt man das Gefäß, kühlt sie ab.

Durchführung (A): Man mischt 16 g Eisenpulver, 3 g frische, feine Aktivkohle (mit Holzkohle funktio-

niert gar nichts) und 3 g Kochsalz. Das Ganze wird gut vermischt und in ein Becherglas (50 ml; hohe

Form) gegeben. Zu diesem Gemisch gibt man noch ca. 5 ml Wasser (nicht zu viel!) und verrührt gut.

Anschließend wird die Masse locker zu einem Haufen geformt. Wichtig: Die Masse darf nicht zusam-

mengedrückt werden. Die Temperatur wird mit einem elektronischen Thermometer gemessen.

Durchführung (B): Die Mischung wird in einen 1l-Gefrierbeutel gefüllt. Dieser wird abwechselnd ver-

schlossen und geöffnet und die Temperaturveränderung mit dem Thermometer verfolgt.

Durchführung (C): Der Gefrierbeutel aus Versuch 2 wird mit reinem Sauerstoff aus der Druckflasche

prall gefüllt und verschlossen. (Vorsicht! Verbrennungsgefahr!)



6.1 Auflösen von Magnesium in Salzsäure

(Temperatur, Konzentration, Zerteilungsgrad)

Stoff: Magnesium (Band) Formel: Mg

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Magnesium (Späne) Formel: Mg

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Salzsäure (2 mol/L) Formel: HCl(aq)

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Die Reste können in den Abfallbehälter für anorganische Salze gegeben werden.

Material: 5 Reagenzgläser, Reagenzglasklammer, Reagenzglasständer, Tropfpipette, Brenner, Mess-zylinder (10 mL), Uhr

Sicherheitshinweis: Die Salzsäure darf wirklich nur kurz erhitzt werden.

Durchführung (Teil a): In zwei Reagenzgläser wird jeweils 1 mL verd. Salzsäure und 1 mL Wasser ge-

geben. Der Inhalt des einen Reagenzglases wird bis knapp zum Sieden erhitzt. Danach wirft man in

jedes Reagenzglas gleichzeitig zwei gleichlange Stücke (ca. 1,5 cm) Magnesiumband. Die Reagenzglä-

ser werden vorsichtig geschüttelt. Dabei hält man das heiße Reagenzglas wiederholt für kurze Zeit in

die Brennerflamme, um ein zu schnelles Abkühlen zu vermeiden.

Durchführung (Teil b): In drei Reagenzgläser wird Salzsäure in den Konzentrationen 2, 1 und 0,5

mol/L gefüllt. Dazu gibt man in das erste Reagenzglas 4 mL verd. Salzsäure, in das zweite je 2 mL an

Säure und an Wasser und in das dritte 1 mL Säure und 3 mL Wasser. Danach wirft man in jedes Rea-

genzglas gleichlange Stücke Magnesiumband (ca. 1,5 cm) und stoppt die Zeit bis zur vollständigen

Auflösung der einzelnen Metallstücke.

Durchführung (Teil c): Führen Sie Versuch b) mit Magnesiumspänen durch.

Aufgabe: Analogien sind ein wichtiger Bestandteil des Denkens und des Kommunizierens. Gemeinhin

vergleicht eine Analogie etwas Neues mit etwas Bekanntem. Sie ist eine Relation zwischen zwei Wis-

sensbereichen, die identische Teilstrukturen aufweisen. Der an das Vorwissen der Lernenden an-

knüpfende Bereich wird als Analogiebereich und der die zu vermittelnden Inhalte umfassende Be-

reich Zielbereich genannt. Typischerweise ist der Zielbereich neu oder abstrakt, während der Analo-

giebereich bekannte Aspekte darbietet. Vergleichen Sie die folgenden Abbildungen mit dem Experi-

ment und decken sie Analogierelationen auf. Wie häufig kommt es zu einem Zusammenstoß?

viele Autos, hohe Geschwindigkeit

wenige Autos, hohe Geschwindigkeit

wenige Autos, niedrige Geschwindigkeit

Entsprechung: Entsprechung: Entsprechung:



6.2 Der brennende Zuckerwürfel Abzug

Stoff: Kaliumthiocyanat Formel: KSCN

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Eisen(III)-sulfat Formel: Fe2(SO4)3

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Salzsäure (15 %ig) Formel: HCl(aq)

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Abfallbehälter für anorganische Stoffe

Material: Würfelzucker, Zigarettenasche, Löffelspatel, Feuerzeug oder Gasbrenner, Reagenzgläser, Glastrichter mit Filter, Reagenzglasständer

Hinweise: Bei den Versuchsteilen b. und d. kann die Reaktion sehr heftig verlaufen. Deshalb unbe-dingt Schutzbrille und Handschuhe tragen. Es ist pädagogisch schlecht zu verantworten, wenn sich die Lehrperson durch Rauchen einer Zigarette gesundheitserzieherisch falsch verhält. Es empfiehlt sich daher, die Zigarette über ein Stück Vakuumschlauch und eine Waschflache an eine Wasserstrahl-pumpe anzuschließen. Diese Apparatur „raucht" dann die Zigarette, um Asche zu gewinnen.

Literatur: Glöckner, W.; Jansen, W.; Weissenhorn, R.G. (Hrsg.) (2007): Handbuch der experimentellen Chemie – Sekundarbereich II. Band 8: Kinetik, Katalyse, Gleichgewicht. Köln: Aulis Verlag Deubner S. 174-175.

Information: Als einführendes Experiment für die Thematik der Katalyse bzw. der katalytischen Reak-

tionen bietet sich der bekannte Versuch vom brennenden Zuckerwürfel an. Zigarettenasche enthält

Eisen(III)-Verbindungen, die katalytisch auf den Verbrennungsvorgang wirken.

Durchführung:

a) Würfelzucker wird auf einem Löffelspatel kurz über der Gasbrennerflamme erhitzt.

b) Würfelzucker wird mit Zigarettenasche bestreut und kurz über die Flamme gehalten.

c) Zigarettenasche wird mit etwas Salzsäure versetzt, gut geschüttelt und abfiltriert.

Das Filtrat wird mit Kaliumthiocyanat-Lösung versetzt.

d) Würfelzucker wird mit Eisen(III)-sulfat bestreut und über die Flamme gehalten.

Von mittlerer Entfernung aus ist die Flamme des brennenden Zuckers nicht mehr zu erkennen. Die

Flamme kann dadurch besser sichtbar gemacht werden, dass man an ihr ein Stück Papier entzündet.





6.3 H2O2-Zersetzung durch verschiedene Katalysa-

toren Abzug

Stoff: Wasserstoffperoxid-Lösung (6 Gew.-%) Formel: H2O2 aq.

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Eisen(III)-chlorid-Lösung (0,1 mol/l) Formel: FeCl3

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Mangandioxid (Braun-stein) in Pulverform Formel: MnO2

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Die Wasserstoffperoxid-Lösungen können in verdünnter Form über das Abwasser ent-sorgt werden. Mangandioxid kann dem Restmüll zugeführt werden.

Material: 3 Bechergläser (A, B, C), Messzylinder, Spatel, Küchenreibe, Kartoffel, Styroporbox, Erlen-meyerkolben (200 mL), Baumwoll-Teenetz, Becherglas)

Literatur: http://www.job-stiftung.de/pdf/versuche/H2O2_Zersetzung.pdf

Durchführung:

Vorbereitung: Ca. 20 g einer geschälten rohen Kartoffel werden fein gerieben. Der Brei wird in einem

200 ml Erlenmeyer-Kolben mit 25 ml eisgekühltem, destilliertem Wasser vermischt. Der Kolben wird

15 min lang immer wieder kräftig geschwenkt und die Suspension anschließend durch einen Tee-

Baumwollfilter abfiltriert. Das zellfreie Kartoffelextrakt wird in einem eisgekühlten Becherglas aufge-

fangen und auf Eis gestellt.

In jedes Becherglas (A, B, C) werden 30 ml H2O2 Lösung gefüllt.

Zur Lösung in Glas A gibt man 1,5 ml Eisen(III)-chlorid-Lösung (homogene Katalyse)

Zur Lösung in Glas B gibt man eine Spatelspitze Mangandioxid (heterogene Katalyse)

Zur Lösung in Glas C gibt man 2 ml Kartoffelextrakt (enzymatische Katalyse)



7.1 Wasserstoff

Stoff: Zinkpulver Formel: Zn

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: verdünnte Salzsäure Formel: HCl(aq)

H-Sätze: P-Sätze:


Material: Reagenzglas mit seitlichem Ansatz und passendem Gummistopfen, rechtwinklig gebogenes Glasrohr, Schlauchstück, gerades Glasrohr, Reagenzglas mit passendem Gummistopfen, Becherglas (400 mL), Tropfpipette, Stativ, Stativklemme, Muffe, Bunsenbrenner, Spatel, Glimmspan

Information: Wasserstoff ist das einfachste Element, in freier Form kommt er in unserer Atmosphäre

nur in Spuren vor, in gebundener Form ist er als Bestandteil des Wassers weit verbreitet. Wegen der

hohen Temperatur der Verbrennung von reinem Wasserstoff mit reinem Sauerstoff (bis 3000°C) fin-

det er in der Technik in großem Umfang Anwendung zum autogenen Schweißen und Schneiden von

Metallteilen. Da er umweltschonend unter Bildung von Wasser verbrennt, kann in ihm der Energie-

träger der Zukunft gesehen werden.

Durchführung:

Geben Sie in das Reagenzglas mit seitlichem Ansatz zwei Spatelspitzen Zinkpulver und klammern

Sie es senkrecht an einem Stativ fest.

Das Becherglas ist zu 2/3 mit Wasser zu füllen, das vollständig mit Wasser gefüllte Reagenzglas

mit der Öffnung nach unten in ihm zu positionieren.

Verbinden Sie den seitlichen Ansatz des Reagenzglases über das gebogene Glasrohr, das

Schlauchstück und das gerade Glasstück mit der Öffnung des wassergefüllten Reagenzglases im

Becherglas.

Tropfen Sie zwei Pipettenfüllungen Salzsäure in das Reagenzglas und verschließen Sie dann die-

ses mit dem Gummistopfen ohne Bohrung.

Aus dem Reagenzglas im Becherglas soll das Wasser vollständig durch Wasserstoff verdrängt

werden, evtl. muss noch zusätzlich Salzsäure hinzugegeben werden.

Verschließen Sie das Reagenzglas im Becherglas mit einem Gummistopfen und führen Sie es mit

der Öffnung nach unten möglichst schnell an die nicht leuchtende Flamme des Bunsenbrenners.

Eine Möglichkeit, das Wasserstoffgas pneumatisch aufzufangen:



7.2 Teil 1: Kohlenstoffdioxid – ein „schweres“ Gas?


H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Natriumhydrogencarbonat Formel: NaHCO3

H-Sätze: P-Sätze:

Material: Glasflasche/Erlenmeyerkolben mit passendem Stopfen (durchbohrt), gewinkeltes Glasrohr,

Hinweis: Verwahren Sie die Apparatur für den folgenden Versuch auf.

Information: Kohlenstoffdioxid (CO2) entsteht bei der Verbrennung organischer Brennstoffe (Öl, Ben-

zin, Erdgas, Kohle, Holz, Zigaretten usw.) sowie bei biologischen Vorgängen wie der Gärung und der

Atmung. In der ausgeatmeten Luft beträgt der Anteil etwa 5 Vol.-%. Kohlenstoffdioxid hat (bei glei-

chen Bedingungen) eine größere Dichte als Luft. Wenn es in nicht belüfteten, tiefer gelegenen Räu-

men entsteht, dann kann es sich dort sammeln. Es wirkt erstickend, weil die Luft an Sauerstoff ver-

armt ist. Bei 8 Vol-% Kohlenstoffdioxid in der Luft kann ein Erwachsener schon nach einer halben

Stunde ohnmächtig werden. Erstickungsunfälle ereignen sich in Silos, Garagen, Bergbau usw., da

Kohlenstoffdioxid geruchlos und unsichtbar ist.

Durchführung: Stellen Sie ein Teelicht in ein hohes Becherglas und entzünden Sie es. Geben Sie meh-

rere große Spatellöffel Natriumhydrogencarbonat-Pulver in die Glasflasche. Fügen Sie ein Reagenz-

glas verdünnte Salzsäure hinzu. Verschließen Sie die Glasflasche mit einem Gummistopfen, in dem

ein gewinkeltes Glasrohr steckt. Halten Sie das Glasrohr in das Becherglas.

Glasflasche mit

Natriumhydrogen-

carbonat und

verd. Salzsäure

kleines, hohes

Becherglas

mit Teelicht

Welche Ker-

zen erlöschen

zuerst?



7.2 Teil 2: Kohlenstoffdioxid-Nachweis


H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Kalkwasser Formel: Ca(OH)2(aq)

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Die Reste können in den Ausguss gegeben werden.

Material: Apparatur auf dem vorhergehenden Versuch (4.2), 3 Reagenzgläser, Reagenzglasgestell, Strohhalm, klares Kalkwasser (Calciumhydroxid-Lösung), verdünnte Salzsäure, Natriumhydrogencar-bonat-Pulver, Mineralwasser

Information: Schlämmt man schwer lösliches Calciumhydroxid in Wasser auf und filtriert die Suspen-

sion, so erhält man Kalkwasser als klare Lösung. Gefiltertes Kalkwasser verwendet man zum einfa-

chen Nachweis von Kohlenstoffdioxid: Beim Einleiten des Gases bildet sich ein Niederschlag von Cal-

ciumcarbonat. Bei längerem Einleiten von Kohlenstoffdioxid löst sich der Calciumcarbonat-Nieder-

schlag unter Bildung von Calciumhydrogencarbonat wieder auf. Die Lösung wird dann wieder klar.

Durchführung:

Befüllen Sie die drei Reagenzgläser zu je einem Drittel mit klarem Kalkwasser.

Leiten Sie mit der Apparatur auf dem vorherigen Versuch Kohlenstoffdioxid in Kalkwasser ein.

Tropfen Sie langsam kohlensäurehaltiges Mineralwasser zum Kalkwasser hinzu.

Pusten Sie mit einem Strohhalm Ausatemluft in das Kalkwasser.

Achten Sie dabei darauf, dass kein Kalkwasser aus dem Reagenzglas gelangt und Ihre Haut oder

gar die Augen benetzt.



7.3 Dichte von Gasen und Flüssigkeiten

Stoff: Kohlenstoffdioxid Formel: CO2(g)

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Sauerstoff Formel: O2(g)

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: /

Material: Luer-Lock-Spritzen-Set (http://www.chemz.de/), Nagel zum Arretieren des Stempels, Waa-ge, ggf. Bunsenbrenner und Tiegelzange; zwei Messzylinder (10 mL), Coca-Cola-light, Coca-Cola (Koh-lensäure durch Rühren austreiben).

Hinweis: Machen Sie sich mit dem Luer-Lock-Spritzen-Set vertraut. Die im Koffer befindlichen Adap-ter erlauben es, die Spritzen gasdicht miteinander zu verbinden bzw. eine Spritze gasdicht zu ver-schließen. Bitte die Adapter „mit Gefühl“ festdrehen, die Gewinde sind sonst rasch defekt.

Information: Normalerweise wird die Dichte von Gasen mit einer Gaswägekugel bestimmt: Die Kugel

wird evakuiert und dann auf einer möglichst genauen Waage gewogen (vgl. Abbildung rechts). An-

schließend wird sie mit dem zu untersuchenden Gas befüllt und erneut gewogen. In der alltäglichen

Unterrichtspraxis wirft dieses eigentlich einfache Experiment jedoch ein großes Probleme auf: Wie

lässt sich die Kugel effektiv evakuieren? Genügt dazu eine gut ziehende Wasserstrahlpumpe? Eine

einfache, kostengünstige und vor allem effektive Alternative, bei der ein definierter Raum tatsächlich

evakuiert werden kann, bietet der Einsatz einer Spritze mit Luer-Lock-Verschluss.

Durchführung (Teil a): Sie benötigen nun eine Spritze, deren Stempel ein Loch aufweist, damit dieser

mit einem Nagel arretiert werden kann (siehe Skizze rechts). Falls Sie ein solche Spritze nicht vorfin-

den, müssen Sie sie herstellen: Stempel bis zur maximalen Markierung herausziehen, Loch exakt an-

zeichnen, Nagel mit einem Brenner erhitzen und mit dem heißen Nagel das Loch bohren. Die Spritze

wird nun gasdicht verschlossen. Anschließend wird der Stempel so weit herausgezogen, dass er sich

mit dem Nagel fixieren lässt. Damit haben Sie die Spritze evakuiert. Notieren Sie sich das evakuierte

Volumen genau. Anschließend bestimmt man die Masse der Spritze samt Nagel. Nun wird die Spritze

mit Kohlenstoffdioxid bzw. Sauerstoff bzw. Luft befüllt. (Achten Sie darauf, dass Sie kein „Restgas“

(= Luft) aus dem Schlauch an der Gasbombe in die Spritze füllen.) Justieren Sie bitte auf das vorherige

Volumen und bestimmen Sie erneut die Masse der Spritze und des Nagels. Um Messfehler zu mini-

mieren, sollten Sie den Versuch mindestens dreimal durchführen.

http://www.chemz.de/






Berechnen Sie die Dichte von Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff und Luft und vergleichen Sie sie mit Lite-

raturwerten. Beachten Sie dabei die Labortemperatur, die Lage des Siegerlandes sowie die Tages-

Luftfeuchtigkeit.

Durchführung (Teil b): Warum schwimmt die Coca-Cola-Light-Dose auf dem Wasser, während die

Coca-Cola-Dose untergeht?

Bestimmen Sie die Masse der beiden leeren Zylinder (Nr. 1 und Nr. 2) und halten Sie die Werte

schriftlich fest. Geben Sie in den ersten Zylinder 10 mL Coca Cola und in den zweiten Zylinder 10 mL

Coca Cola light. Bestimmen Sie die Gesamtmasse (Zylinder + Coca-Cola-Lösung) für beide Zylinder.

Errechnen Sie die Masse der beiden Lösungen und berechne daraus die Dichte ρ (ausgesprochen:

rho) der beiden Lösungen.

m (Zylinder 1, leer) = _____________

m (Zylinder 1 + Cola) = _____________

m (Cola) = _____________ ρ (Cola) = -------------- = _________

m (Zylinder 2, leer) = _____________

m (Zylinder 2 + C.light) = _____________

m (C.light) = _____________ ρ (Cola light) = -------------- = _________



7.4 Löslichkeit von Gasen

Stoff: Kohlenstoffdioxid (Gasflasche) Formel: CO2(g)

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Bromthymolblau-Lösung Formel: C27H28Br2O5S

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Natronlauge Formel: NaOH(aq)

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Salzsäure Formel: HCl(aq)

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Abwasser

Material: Vier Kunststoff-Spritzen mit Luer-Lock-Anschluss (2 x 30 mL, 2 x 50mL) , Verschlussstopfen sowie Verbindungsstücke bzw. Dreiwegehähne aus dem Luer-Lock-System, Schlauch für den Gasfla-schenanschluss, Bechergläser (250 mL), Warmwasserbereiter (Heizplatte), Eiswürfel, Thermometer, Nagel, Gasbrenner, Tiegelzange, abgekochtes Wasser, Kohlenstoffdioxid-Druckgasflasche

Hinweise: a) Machen Sie sich mit dem Luer-Lock-Spritzen-Set vertraut. Die im Koffer befindlichen Adapter erlauben es, die Spritzen gasdicht miteinander zu verbinden bzw. eine Spritze gasdicht zu verschließen. Bitte die Adapter „mit Gefühl“ festdrehen, die Gewinde sind sonst rasch defekt. b) Der Farbwechsel des Indikators nach blau beim Anlegen eines Unterdrucks erfolgt meist erst nach kurzem Schütteln. Sollte es zu keinem Farbumschlag kommen, sollte man mit weniger Flüssigkeit und der 50-mL-Spritze arbeiten. Die größte Fehlerquelle besteht jedoch erfahrungsgemäß darin, dass bereits zu Beginn zu viel Kohlenstoffdioxid gelöst werden.

Information: Gerade der Umgang mit Gasen ist im Unterricht oft nicht unproblematisch, da hier

meist teure, leicht zerbrechliche Glasgeräte mit Schliff zum Einsatz kommen. Die Idee liegt daher

nahe, Spritzen nicht nur für die Gasentnahme, sondern auch zur Darstellung von Gasen einzusetzen.

Ein erweitertes Anwendungsspektrum ermöglicht der Einsatz gasdichter Spritzen mit einem aus der

Medizintechnik stammenden, genormten, schraubbaren Verbindungssystem („Luer-Lock“). Da ein

solches System absolut gasdicht ist, können so Gase quantitativ abgemessen und gewogen werden.

Durchführung (Teil a): Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid in abgekochtem Wasser: Zunächst muss

Wasser abgekocht werden, welches man danach wieder auf Zimmertemperatur abkühlen lässt. Die

exakte Temperatur des verwendeten Wassers wird bestimmt. Mit einer Spritze wird nun eine defi-

nierte Menge (z. B. 20 mL) dieses Wassers aufgezogen. Eine weitere Spritze wird vollständig mit Koh-

lenstoffdioxid aus der Gasflasche befüllt (50 mL). Beide Spritzen werden nun über einen Verbinder

gasdicht miteinander verschraubt (siehe Abb. rechts). Gas und Wasser werden in eine Spritze ge-

drückt und die Apparatur wird geschüttelt, bis sich kein weiteres Gas mehr löst. Abschließend wird

hochgerechnet, wie viel Kohlenstoffdioxid sich in einem Liter Wasser bei Zimmertemperatur lösen.




Durchführung (Teil b): Einfluss der Temperatur auf die Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid in Wasser:

Teilversuch A wird mit abgekochtem Wasser zweier deutlich unterschiedlicher Temperaturen wie-

derholt (z. B. T = 15° C und T = 45° C).

Beobachtungen: Kohlenstoffdioxid löst sich in _________ Wasser deutlich besser als in warmem

Wasser:

Wassertemperatur lösbares Kohlenstoffdioxid in

20 mL Wasser

lösbares Kohlenstoffdioxid in 1 L

Wasser (Werte errechnet)

45° C 250 mL

20° C 700 mL

15° C 900 mL

Durchführung (Teil c): Einfluss des Drucks auf die Löslichkeit von Kohlenstoffdi-

oxid in Wasser: Zunächst muss eine Spritze mit durchbohrtem und damit mittels

eines Nagels arretierbarem Stempel hergestellt werden (siehe Abb. rechts). Dazu

wird der Stempel der Spritze exakt bis zum Maximalvolumen herausgezogen und

mit einem Nagel fixiert (dazu die Nagelspitze kurz in der Brennerflamme erhitzen).

Die so präparierte Spritze wird nun zur Hälfte mit Leitungswasser gefüllt, dem we-

nig Bromthymolblau zugetropft wird, bis sich eine deutliche Blaufärbung ergibt.

Eine weitere Spritze wird mit Kohlenstoffdioxidgas aus der Gasflasche befüllt. Aus

dieser Spritze gibt man nun so viel Kohlenstoffdioxid (erfahrungsgemäß nur sehr

wenige mL!) hinzu, bis die Farbe des Indikators gerade eben nach gelb umschlägt.

Schütteln! Die Lösung wird auf zwei Spritzen verteilt; eine Spritze wird als Farbver-

gleichsmuster zur Seite gelegt. Aus der Spritze mit dem durchbohrten Stempel wird

überschüssiges Gas herausgedrückt, anschließend wird sie gasdicht verschlossen.

Nun wird durch kräftiges Ziehen am Stempel ein Unterdruck in der Spritze erzeugt.

Den Stempel bitte mit dem Nagel fixieren. Gut schütteln und Farbe vergleichen.

Durchführung (Teil d): Einfluss des pH-Wertes des Lösemittels auf die Löslichkeit

von Kohlenstoffdioxid in Wasser: Wie a), jedoch kein Wasser, sondern Natronlau-

ge bzw. Salzsäure verwenden.

Durchführung (Teil e): Einfluss gelöster Stoffe auf die Löslichkeit von Kohlenstoff-

dioxid in Wasser: Wie a), jedoch kein Wasser, sondern Salzwasser unterschiedli-

cher Konzentrationen verwenden.

Aufgabe: Interpretieren Sie Ihre Ergebnisse (mit Reaktionsgleichungen)!



7.5 Erstellen einer Löslichkeitskurve

Stoff: Bernsteinsäure Formel: C4H6O4

H-Sätze: 319 P-Sätze: 305+351+338

Material: 2 x Pyrex Reagenzgläser, Glasstab, Reagenzglashalter, Thermometer, 25 ml Messzylinder, Reagenzglasständer, 400 ml Becherglas, Heizplatte, Eis, Waage

Durchführung:

Geben Sie bei unterschiedlichen Temperaturen (Zehnerschritte, jede Gruppe verschiedene) immer

dieselbe Menge destilliertes Wasser in ein hitzebeständiges Reagenzglas. Fügen Sie jeweils unter

Rühren Bernsteinsäure zu, bis sich nichts mehr löst und ein Niederschlag entsteht. Trennen Sie den

Niederschlag von der Lösung und bestimmen Sie die gelöste und die ungelöste Masse. Führen Sie für

jede Temperatur drei Messungen durch. Achtung! Keine Bernsteinsäure im erwärmten Zustand auf

die Heizplatte kommen lassen!

Auswertung:

Erstellen Sie eine Löslichkeitskurve aus Ihren Messungen.

8.1 Druck-Volumen-Arbeit

Material: 1-l-Rundkolben mit Korkring, zweifach durchbohrter Stopfen, Dreiwegehahn, 100-mL-Kolbenprober, digitales Temperaturmessgerät mit Fühler oder Thermometer; ggf. Tinte zum Anfär-ben des Wassers

Literatur: Melle, I. (1997): Druck-Volumen-Arbeit im Schulversuch. ChemKon 4 (3), S. 137-138; vgl. auch Glöckner, W.; Jansen, W.; Weissenhorn, R.G. (Hrsg.) (2007): Handbuch der experimentellen Chemie – Sekundarbereich II. Band 8: Kinetik, Katalyse, Gleichgewicht. Köln: Aulis Verlag Deubner S. 162-164.

Information: Im Folgenden wird detailliert die Druck-Volumen-Arbeit eingeführt. Bei einer chemi-

schen Reaktion können sehr unterschiedliche Energieformen auftreten, die dem System entzogen

oder zugeführt werden: Wärme (Reaktionsenthalpie), Druck-Volumen-Arbeit (Bewegungsenergie),

elektrische Energie und Licht. Die Summe aus Reaktionsenthalpie und Druck-Volumen-Arbeit ist die

Innere Energie. Durch die folgenden Versuche kann ein tieferes Verständnis der Druck-Volumen-

Arbeit sowie des Gasdruckes und der Wärme auf molekularer Ebene erarbeitet werden. Insbesonde-

re wird deutlich, dass die Temperatur mit der Geschwindigkeit der Teilchen in Zusammenhang steht.

Das in Zusammenhang mit diesen Versuchen für Gase entwickelte Modell kann analog auf Flüssigkei-

ten übertragen werden.

Die Abkühlung bei der anschließenden Expansion erfolgt, da das Gas nun Arbeit gegen den äußeren

Druck verrichten muss. Die hierzu notwendige Energie entzieht das Gas quasi „sich selbst", also „sei-

nem gespeicherten Wärmevorrat", also seiner inneren Energie. Deshalb erfolgt die Abkühlung. Wie-

der ist ein nur sehr geringer Teil der Abkühlung – weniger als 0,1 °C – darauf zurückzuführen, dass

das Gas Arbeit gegen die Anziehungskräfte zwischen den Molekülen verrichten muss. Auffällig ist

zudem, dass die Abkühlung bei der Expansion zu einer Temperatur unterhalb der Anfangstemperatur



führt. Der Grund hierfür ist, dass während der Erwärmung bereits eine Abkühlung durch den Kontakt

nach außen eintritt. Im Alltag wird die Erwärmung eines Gases bei Kompression beim Aufpumpen

eines Fahrradschlauchs mit der Luftpumpe deutlich. Umgekehrt kann an den Ventilen von Druckgas-

flaschen beim schnellen Ausströmen des Gases die Bildung von Eiskristallen beobachtet werden.

Durchführung (Teil a): Der Versuch wird nach der folgenden Abbildung aufgebaut. Der zunächst

ganz im Kolbenprober befindliche Stempel wird durch Hochziehen mit Luft (durch den Dreiwege-

hahn) aus der Umgebung gefüllt. Dann wird der Dreiwegehahn so geschaltet, dass das System nach

außen geschlossen ist, aber Durchlässigkeit zwischen dem Kolbenprober und dem Rundkolben be-

steht. Nun wird der Stempel in den Kolbenprober hineingedrückt. Verfolgen Sie die Temperaturände-

rungen während des Versuchs.

Quelle der Abbildung: Literatur: Glöckner, W.; Jansen, W.; Weissenhorn, R.G. (Hrsg.) (2007):

Handbuch der experimentellen Chemie – Sekundarbereich II. Band 7: Chemische Energetik. Köln: Aulis Verlag Deubner S. 163.

Durchführung (Teil b): Anschließend wird die Luft durch Öffnen des Dreiwegehahnes aus dem

Rundkolben gelassen, bis hier der gleiche Druck wie außerhalb herrscht. Dann wird der Hahn sofort

wieder verschlossen.

Auswertung:

Ziehen Sie das Modell des Gases im Quader heran, um die Erklärung des Versuchs zu vereinfachen!

Warum steigt der Druck im Inneren des Gases nach der Expansion wieder an?



8.2 Abhängigkeit des Gasvolumens vom Druck

Material: 25-mL-Pipette, Trichter, ca. 2 m durchsichtiger Gummischlauch, Klemme, mit der man den Gummischlauch verschließen kann, Stativmaterial; Wasser, evtl. mit etwas Tinte angefärbt.

Hinweis: Um den Einsatz von Quecksilber in Barometern zu vermeiden, wird auf den schon etliche Jahrhunderte alten Gedanken des Wasserbarometers zurückgegriffen. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Lernende den Zusammenhang zwischen dem normalen Luftdruck von 1013 hPa (= mbar) und dem Druck einer Wassersäule von 10,13 m Höhe kennen.

Literatur: Glöckner, W.; Jansen, W.; Weissenhorn, R.G. (Hrsg.) (2007): Handbuch der experimentellen Chemie – Sekundarbereich II. Band 8: Kinetik, Katalyse, Gleichgewicht. Köln: Aulis Verlag Deubner.

Information: Dieser Versuch liefert den als das Gesetz von Gay-Lussac bekannten Zusammenhang

p ∙ V = konstant.

Durchführung: Die Apparatur wird nach der Abbildung aufgebaut und dann bei geöffneter Klemme

so viel Wasser eingefüllt, dass sich in der Pipette noch ein Luftvolumen von 10 bis 20 mL ergibt.

Dann wird das kurze Schlauchstück mit der Schelle unmittelbar über der Spitze der Pipette verschlos-

sen und das Gasvolumen genau abgelesen. Nun gibt man in mehreren Portionen weiteres Wasser

hinzu und liest jeweils das eingeschlossene Gasvolumen und die Höhe der überstehenden Wasser-

säule ab. Diese Werte und der daraus jeweils resultierende Druck auf das eingeschlossene Gasvolu-

men (1 cm Wassersäule entspricht einem zusätzlichen Druck von 1 hPa (= mbar)) werden in einer

Wertetabelle erfasst.

Auswertung und Interpretation: Es ist anhand der Messwerte unmittelbar zu erkennen, dass bei

steigendem Druck das Volumen kleiner wird, wodurch die Vermutung einer Proportionalität zwi-

schen V und 1/p naheliegend ist. Die Prüfung dieser Vermutung durch eine Quotientenbildung und

damit die Berechnung des Produktes p ∙ V zeigt mit guten Ergebnissen, dass gilt:

𝑉~1

𝑝 bzw. V ∙ p = konstant.

VLuft

in mL überstehende Wassersäule Δh in cm

P in hPa (=mbar)

p∙V in hPa∙ml

12,30 0 1013 12460

12,05 19,5 1032,5 12441

11,95 27,8 1040,8 12437

11,85 36,4 1049,4 12435

11,75 45,1 1058,1 12432

11,65 53.5 1066,5 12424

11,60 62,1 1075,1 12471

11,45 70.5 1083,5 12406

11.40 79,1 1092,1 12449

11,30 87,8 1100,8 12439

11,20 95,8 1117,8 12418

11,10 104,4 1117,4 12403

11,05 113.1 1126,1 12443



9.1 Aufbau und Funktion eines Photometers

Stoff: Kaliumpermanganat (5 mmol/L) Formel: KMnO4

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Malachitgrün (1 mmol/L) Formel: C23H25N2

H-Sätze: P-Sätze:

Entsorgung: Vorgabe des Laborleiters beachten

Material: Photometer, Küvetten, Pipetten

Information: Ein Photometer ist ein Gerät zur Messung der Intensität von Licht nach Durchstrahlen

einer Probe. Die dabei gemessene Extinktion ist der Konzentration der gemessenen Stoffe proportio-

nal. Gemessen wird bei der Wellenlänge der maximalen Lichtabsorption einer Probe.

Durchführung: Bei der Messung mit einem Photometer wird ein dimensionsloser Extinktionswert

gemessen, d.h., dass vor der tatsächlichen Messung das Gerät mit Lösungen bekannter Konzentrati-

onen kalibriert werden muss. Der gemessene Extinktionswert ist dabei (bei stark verdünnten Lösun-

gen) linear abhängig von der Konzentration des gelösten Stoffes.

1) Kalibrierung:

Stellen Sie je zwei Lösungen mit bekannten Konzentrationen her (zwei Kaliumpermanganat-

lösungen (c < 5 mmol/L) und zwei Malachitgrünlösungen (c < 1 mmol/L)). Bei welchen Wel-

lenlängen absorbieren diese Lösungen am meisten Licht?

Wählen Sie die passenden Wellenlängen aus und ermitteln Sie die Extinktionswerte.

2) Messung:

Messen Sie die Extinktionswerte der beiden vom Laborleiter ausgegebenen unbekannten Lö-

sungen und ermitteln Sie die genauen Konzentrationen dieser.

Auswertung: Sie haben für zwei bekannte Lösungen jeweils einen Extinktionswert ermittelt. Da so-

wohl die Schichtdicke der Küvette wie auch die Wellenlänge des Lichtes und die Intensität konstant

bleiben, ist die einzige Veränderung die Konzentration der Lösung. Das Verhältnis zwischen der ge-

messenen Extinktion und der Konzentration der Lösung ist bis zu einem Extinktionswert von ca. 2,5

annähernd linear. Dadurch können für alle weiteren unbekannten Lösungen, die Extinktionswerte

unterhalb von 2,5 aufweisen, die Konzentrationen berechnet werden.











9.2 Reaktion von Kristallviolett mit Natronlauge

Stoff: Kristallviolett-Lösung (0,00005 mol/L) Formel: C25N3H30

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Natronlauge (0,1 mol/L) Formel: NaOH(aq)

H-Sätze: P-Sätze:


Material: Photometer (Messbereich 560 nm), Küvette, 10-ml-Pipetten, Peleusball, demineralisiertes Wasser, Stoppuhr

Literatur: Glöckner, W.; Jansen, W.; Weissenhorn, R.G. (Hrsg.) (2007): Handbuch der experimentellen Chemie – Sekundarbereich II. Band 8: Kinetik, Katalyse, Gleichgewicht. Köln: Aulis Verlag, S. 106-108.

Information: Kristallviolett löst sich in Wasser mit tiefblau-violetter Farbe. Fügt man Lauge hinzu,

findet eine langsame Reaktion mit den Hydroxid-Ionen unter Bildung des farblosen Triarylcarbinols

statt. Diese Reaktion lässt sich aufgrund der Entfärbung photometrisch bei einer Wellenlänge von

560 nm verfolgen.

Durchführung: Das Photometer wird geeicht und der Blindwert auf Null eingeregelt. Der Ausgangs-

wert wird durch Vermessung einer Mischung von 5 mL Kristallviolett-Lösung mit 5 mL demineralisier-

tem Wasser bestimmt. Zum Start der Reaktion werden 5 mL Kristallviolett-Lösung mit 5 mL Natron-

lauge zusammen gegeben und gut vermischt. Die Stoppuhr wird gestartet. Das Reaktionsgemisch

wird in die Küvette gegeben und zügig in das Photometer gestellt. Die Messwerte werden alle 15

Sekunden abgelesen und protokolliert.

Auswertung: Zur Auswertung benötigt man zunächst den molaren Extinktionskoeffizienten für Kris-

tallviolett-Lösung in Wasser. Dieser kann über eine entsprechende Verdünnungsreihe bestimmt wer-

den. Er beträgt 20000 l mol-1 cm-1. Aus den Messwerten werden die Momentankonzentrationen an

Kristallviolett berechnet. Es wird ein Konzentrations-Zeit-Diagramm erstellt. Zum Nachweis der Reak-

tionsordnung wird ein Diagramm des Logarithmus der Konzentration gegen die Zeit erstellt. Die line-

are Abhängigkeit weist die Reaktion als von 1. Ordnung aus. Die Geschwindigkeitskonstante beträgt

0,013 s-1.

Erklären Sie: Warum handelt es sich um eine Reaktion 1. Ordnung?








9.3 Trennung von Lebensmittelfarben durch

Chromatografie

Stoff: Isopropylalkohol 70 % Formel: C3H8O

H-Sätze: 225-319-336 P-Sätze: 210-233-305+351+338

Material: verschiedenfarbige M & M’s, Rundfilter, Petrischale, Chromatographiepapier, 3 x 50 ml Bechergläser, 400 ml Becherglas, Plastikfolie, Natriumchlorid, destilliertes Wasser

A) Durchführung:

Legen Sie einen Rundfilter in eine Petrischale. Legen Sie eine Schokolinse in die Mitte des

Rundfilters.

Tropfen Sie mit einer Pipette ein paar Tropfen Wasser auf die Schokolinse. Warten Sie, bis

das Filterpapier die Flüssigkeit aufgesaugt hat.

Wiederholen Sie den Vorgang so lange, bis die Flüssigkeit den Rand des Filterpapiers erreicht

hat. Lassen Sie das Filterpapier trocknen.

B) Durchführung:

Geben Sie drei M & M’s gleicher Farbe in ein Becherglas mit 1 ml Isopropylalkohol (70%).

Rühren Sie bis die Farbe nahezu vollständig entfernt ist und die M & M’s weiß sind. Überfüh-

ren Sie die Lösung dann in ein Reagenzglas. Der weiße Rückstand stört nicht.

Führen Sie Schritt 1 mit zwei anderen Farben durch. Lassen Sie die Lösungen stehen, wäh-

rend Sie die Chromatographiekammer vorbereiten.

Füllen Sie das 400 ml Becherglas mit 0,5 cm destilliertem Wasser als Laufmittel und decken

Sie es mit Plastikfolie ab.

Verwenden Sie ein Chromatographiepapier mit 5 cm Breite und 10 cm Länge. Markieren Sie

eine Bleistiftlinie 1 cm vom unteren Ende aus, sowie Bleistiftpunkte 1 cm von jeder Ecke und

in der Mitte.

Bringen Sie mit einem Kapillarröhrchen einen Punkt der jeweiligen Lösungen auf das Chro-

matographiepapier, so, dass er nicht mit dem Laufmittel in Berührung kommt. Lassen Sie je-

weils trocknen. Wiederholen Sie dies etwa sieben bis zehn Mal, damit Sie deutliche Punkte

erhalten. Notieren Sie genau welche Lösung wo aufgebracht wurde.

Montieren Sie das Chromatographiepapier mit einem Holzstäbchen in das Becherglas. Es soll-

te hängen und nicht das Glas berühren.

Wenn das Laufmittel eine Entfernung von 1 cm vom oberen Rand erreicht hat, entfernen Sie

das Chromatographiepapier und markieren Sie die Laufmittelfront vor und jeden erkennba-

ren Punkt nach dem Trocknen. Ermitteln Sie die Distanzen.

Wiederholen Sie den Versuch mit 0,2% und 0,5 % Natriumchloridlösung sowie Isopropylalko-

hol als Laufmittel. Probieren Sie auch ein anderes Ihnen bekanntes Laufmittel entsprechend

der Gefahrstoffvorschriften in Schulen.



1. Versuch

Ziel: Entfernung der großen Feststoffe wie Äste und Blätter

Vorschlag: Nutzen des Filterpapieres als Feinsiebrechen

Vorläufiges Ergebnis: Filterpapier gerissen, neue Idee gesucht

10.1 PC im Anfangsunterricht Teil 1: So funktioniert eine Abwasser-reinigungsanlage (ARA)

Stoff: Formel:

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Formel:

H-Sätze: P-Sätze:

Stoff: Formel:

H-Sätze: P-Sätze:


Material: verschieden große Bechergläser, Filterpapier, durchsichtiger Schlauch, Reagenzgläser und Stopfen, Sand und Kies, Rundkolben, Spatel und Löffel, Trichter, Waschflaschen, Pinzetten, Filtrierge-stelle und Reagenzglasständer, Stative und Befestigungsmaterial, Siebe, Heizplatten

Literatur: Jochen Hermanns: „Abwasserreinigung – einfach, kontextorientiert und kumulativ“ aus der Materialsammlung „RAABits Chemie“

Aufgabe:

Nutzen Sie die im Folgenden aufgeführten Informationen sowie - wo nötig - eigene Recherchen um

zu klären, wie eine ARA funktioniert.

Der Laborleiter stellt Ihnen anschließend eine Probe selbst angesetzten „Abwassers“ bereit. Dies ist

die Ausgangssubstanz für das von Ihnen zu lösende Egg-Race (Bei einem Egg-Race handelt es um

„kultivierte Wettbewerbe (in Gruppen nach bestimmten Regeln), die Schüler(innen) über positive

Erlebniswerte den Zugang zur Chemie erleichtern sollen und den Unterricht beleben, indem sie die

Interaktion zwischen den Schüler(inne)n fördern“ [Volker Scharf]).

Egg-Race:

Ihre Aufgabe ist es, das bereitstehende „Abwasser“ so sauber wie möglich zu bekommen. Dazu wur-

den Materialien zusammengestellt, die Sie benutzen können (s. Materialliste). Ob Sie alles davon

verwenden und wie Sie es verwenden, bleibt Ihnen überlassen. Sollten Sie weitere Chemikalien ver-

wenden, ergänzen Sie bitte bei Bedarf die obige Gefahrstoffliste.

Welche Gruppe erhält am Ende das sauberste Wasser?

Führen Sie die Reinigung schrittweise durch. Sie können sich dabei an dem bekannten Ablauf einer

richtigen Kläranlage orientieren. Am Ende jedes Arbeitsschrittes füllen Sie bitte etwas von Ihrem

Wasser in ein Reagenzglas und beschriften es mindestens mit Ihrem Namen und einer laufenden

Nummer. So kann später verglichen werden, welche Reinigungsstufe am effektivsten war.

Protokollieren Sie zu jedem Schritt Planung, Durchführung und Beobachtung nach folgendem Mus-

ter:



M 1 So funktioniert eine Abwasserreinigungsanlage (ARA)



M 2 Die einzelnen Bereiche der ARA selbst erarbeitet

Eine Kläranlage lässt sich in drei Bereiche unterteilen, in denen jeweils andere Trennverfahren zum

Einsatz kommen.

1. Trennstufe – die mechanische Reinigung

Feinsiebrechen

Sandfang

Fettabscheider

Vorklärbecken

2. Trennstufe – die biologische Klärung

Belebungsbecken

3. Trennstufe – die Nachklärung

Absetzbecken

Chemische Nachbehandlung

Bei der chemischen Nachbehandlung werden vermutlich all die Stoffe aus dem Wasser ent-

fernt, die noch im Wasser enthalten waren, aber dort nicht sein dürfen, wie Bakterien, Viren

oder Spuren von Medikamenten. Wie der Name schon sagt, werden diese Stoffe mit Chemika-

lien entfernt. Im Chemiebuch steht, dass dazu UV-Licht oder Wasserstoffperoxid genutzt wird,

um beispielsweise Keime abzutöten.



10.2 PC im Anfangsunterricht Teil 2: Der Schokoladentrennungsgang

Abzug

Stoff: Aceton Formel: CH3COCH3

H-Sätze: P-Sätze:

Material: 5 Bechergläser (100 ml), Filterpapier, Trichter, Waage, Pinzette, Zartbitterschokolade, Was-ser, Wasser

Sicherheitshinweis: Schutzbrille tragen! Alle Arbeiten mit Aceton müssen unter dem Abzug durchge-führt werden!

Information: Auf jeder Schokoladenverpackung findet man Angaben zu den Inhaltsstoffen. Immer

dabei sind Kakaobutter, Zucker und Kakaomasse. Schokolade ist demnach ein Stoffgemisch, das

hauptsächlich aus diesen drei Zutaten besteht!

Um mehr über die Inhaltsstoffe der Schokolade herauszufinden, kann man das Stoffgemisch in seine

Bestandteile trennen. Dabei kann man die unterschiedlichen Stoffeigenschaften der einzelnen Be-

standteile ausnutzen.

Durchführung (a): Abtrennen der Kakaobutter

Teilen Sie eine Tafel Zartbitterschokolade gleichmäßig zwischen den Experimentalgruppen

auf.

Bestimmen Sie die exakte Masse der Schokolade Ihrer Gruppe und lösen Sie diese in 100ml

warmem Aceton.

Wiegen Sie ein Becherglas (2) und ein Filterpapier.

Filtrieren Sie die Schokoladen- Lösung durch das gewogene Filterpapier in ein weiteres Be-

cherglas (3). Spülen Sie anschließend das Ausgangsgefäß mit 20 ml warmem Aceton und filt-

rieren Sie auch diese Lösung.

Sobald das Aceton komplett durchgelaufen ist, wird das Filterpapier mit der Pinzette in das

gewogene Becherglas (2) gelegt. Beide Bechergläser werden bis zur Trocknung im Abzug auf-

bewahrt.

Wenn das Aceton komplett verdunstet ist, wird das Becherglas (2) erneut gewogen. Die Dif-

ferenz aus den beiden Messwerten entspricht der Masse (m) an Kakaobutter.

Durchführung (b): Abtrennen des Zuckers und des Kakaopulvers

Legen Sie das getrocknete Filterpapier aus Teil (a) in einen Trichter.

Geben Sie langsam heißes Wasser durch den Filter in ein gewogenes Becherglas (4).

Legen Sie das Filterpapier zurück in das Becherglas (2) und lagern Sie es gemeinsam mit Be-

cherglas (3) an einem warmen Ort, damit das Wasser verdunsten kann.

Sobald das Wasser komplett verdunstet ist, wird das Becherglas (4) erneut gewogen. Die Dif-

ferenz der Messwerte entspricht der Masse (m) an Zucker.

Wiegen Sie das trockene Filterpapier. Die Differenz aus den beiden Messwerten entspricht

der Masse (m) an Kakaopulver.

Aufgabe: Berechnen Sie den Anteil an Kakaobutter, Zucker und Kakaopulver in der ganzen Tafel

Schokolade und vergleichen Sie Ihre Ergebnisse mit den Herstellerangaben.


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Grundlagen der physikalischen Chemie/Elektrochemie für HR · H-Sätze = hazard statements und P-Sätze = precautionary statements zu informieren! GHS-Piktogramme GHS01 GHS02 GHS03