Didaktik der Chemie 2 Praktikum - uni-giessen.de · Nachweis von Ammonium- und Nitrat-Ionen in...

JUSTUS-LIEBIG-UNIVERSITÄT GIEßEN

INSTITUT FÜR DIDAKTIK DER CHEMIE

- Internes Arbeitsmaterial -

Didaktik der Chemie 2

Praktikum

Modul ChemD.L2L3L5-02

Teil 1: Anorganische Chemie

Gießen, Oktober 2009

Inhaltsverzeichnis

Justus-Liebig-Universität Gießen; Didaktik der Chemie; Didaktik 2 (Praktikum); Oktober 2009

1

Inhaltsverzeichnis

Allgemeine Sicherheitsweise ...................................................................................... 3

Herstellen des Universalindikators nach McCrumb ............................................................ 4

Zur Protokollierung von chemischen Schulversuchen aus fachdidaktischer Sicht ..... 5

Anforderungen an die Protokollierung von chemischen Schulversuchen ........................... 5

Grundstruktur eines Versuchsprotokolls für ein chemisches Schulexperiment ................... 6

Muster-Protokoll ................................................................................................................. 7

Sauerstoff - Darstellung und Eigenschaften ............................................................... 8

Herstellen und pneumatisches Auffangen von Sauerstoff .................................................. 8

Untersuchen der Eigenschaften des Sauerstoff ................................................................. 9

Reaktion von Magnesium und Eisen mit reinem Sauerstoff ..............................................10

Wasserstoff - Darstellung und Eigenschaften .......................................................... 11

Herstellen und pneumatisches Auffangen von Wasserstoff ..............................................11

Durchführung der Knallgasprobe ......................................................................................11

Untersuchen der Eigenschaften des Wasserstoffs ............................................................12

Darstellen von Wasserstoff aus Wasser und Calcium .......................................................13

Darstellen von Wasserstoff aus Aluminium und Natriumhydroxidlösung ...........................14

Stickstoff und Stickstoffverbindungen I ..................................................................... 16

Darstellen von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff (Darstellung von Stickstoff auf warmem Wege) ................................................................................................................16

Lösen von Ammoniak in Wasser - Springbrunnenversuch ................................................18

Bildung von Ammoniumchlorid - Nachweis der unterschiedlichen Wanderungsgeschwindigkeiten der Teilchen ....................................................................19

Darstellung von Stickstoff auf kaltem Wege ......................................................................20

Untersuchen der Eigenschaften des Stickstoffs ................................................................21

Stickstoff und Stickstoffverbindungen II .................................................................... 23

Nachweis von Stickstoff in der Luft ...................................................................................23

Bildung von Ammoniumchlorid ..........................................................................................23

Herstellen von Stickstoffmonoxid ......................................................................................24

Nachweis von Ammonium- und Nitrat-Ionen in Düngemitteln ............................................25

Thermisches Zersetzen von Ammoniumnitrat ...................................................................26

Halogene - Halogenverbindungen ............................................................................ 27

Darstellung von Chlor ........................................................................................................27

Reaktion von Chlor mit Metallen ........................................................................................28

Reaktion von Chlor mit Natrium ........................................................................................28

Reaktion von Aluminium mit Brom ....................................................................................29

Lösen von Chlorwasserstoff in Wasser - Springbrunnenversuch ......................................30

Inhaltsverzeichnis


2

Reaktion von Bromiden und Iodiden mit Chlor oder Brom in wässriger Lösung und Ausschütteln mit Benzin ....................................................................................................31

Schwefel, Phosphor und deren Verbindungen ......................................................... 33

Reaktion von Kupfer mit Schwefel (2) ...............................................................................34

Reaktion von konzentrierter Schwefelsäure mit Kohlenhydraten .......................................35

Verbrennen von rotem Phosphor – Darstellung von Phosphorsäure .................................36

Phosphat-Nachweis als Molybdänblau ..............................................................................36

Austreiben von weißem Phosphor aus den Reibeflächen von Zündholzschachteln ..........37

Kohlenstoff – Verbindungen des Kohlenstoffs ......................................................... 38

Herstellen von Kalkmörtel .................................................................................................38

Kalkbrennen und Löschen von Branntkalk ........................................................................38

Entgasung der Kohle .........................................................................................................39

Vergasung der Kohle ........................................................................................................40

Reaktion von Carbonaten mit verschiedenen Säuren; Nachweisen des Kohlendioxid .......41

Wirkung von “Saurem Regen” auf Bauwerke ....................................................................42

Nachweisen der Verbrennungsprodukte in den Verbrennungsgasen einer Kerze .............42

Darstellen und Eigenschaften von Kohlenmonoxid ...........................................................43

Reduzieren von Kohlendioxid mit Magnesium ...................................................................44

Metalle, Metalloxide, Metallhydroxide ....................................................................... 45

Modellexperiment zur Herstellung von Roheisen ...............................................................45

Messingbildung – „Vergolden“ einer Kupfermünze ............................................................46

Experiment zum aluminothermischen Schweißen .............................................................46

Reduzieren von Kupfer(II)-oxid mit Wasserstoff ................................................................48

Erstellen einer elektrochemischen Spannungsreihe ..........................................................50

Gesetzmäßigkeiten der Chemie – Thermodynamik, Kinetik, Elektrochemie ............ 51

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration ..................................51

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur .....................................51

Modellexperiment zum Wirkprinzip eines Katalysators ......................................................52

Modellexperiment zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit durch einen Katalysator („positive Katalyse“) ..........................................................................................................52

Reaktion von Metallen mit Säuren; Feststellen der Temperaturveränderung ....................53

Elektrolyse von Kupferchlorid ............................................................................................53

Wasserelektrolyse .............................................................................................................54

Zink-Luft-Element ..............................................................................................................55

Elektrochemie - "Der Früchtemotor" ..................................................................................56

Quellenverzeichnis ................................................................................................... 57

Allgemeine Sicherheitshinweise


3

Allgemeine Sicherheitsweise Die Versuche aus diesem Skript sollten nur von geschultem Personal durchgeführt werden. Der ordnungsgemäße Umgang mit Geräten und Chemikalien ist immer zu beachten. Die in dem Skript angegebenen Gefahrstoffklassen der Chemikalien entsprechen dem momentanen Stand. Als Quelle liegen der Merck Chemikalienkatolog und die Gefahrstoffliste der Gesetzlichen Unfallversicherung (GUV-SR 2004) zugrunde. Die Gefahrstoffklassen der Lösungen sind nicht immer genau definiert. Im Zweifelsfall ist die Gefahrstoffklasse des gelösten Stoffes angegeben.

Das Tragen von Schutzkleidung (Schutzbrille und Schutzkittel) ist beim Experimentieren grundsätzlich erforderlich. Bei einigen Versuchsvorschriften wird auf zusätzliche Gefahren hingewiesen.


4

Herstellen des Universalindikators nach McCrumb Geräte: Mörser mit Pistill, Messzylinder (200 ml), Messkolben (1000 ml), Spatel Chemikalien: Methylrot, Phenolphthalein, Bromthymolblau, Thymolblau, Natronlauge (0,1

M) [C], Salzsäure (0,1 M) [C], Ethanol [F] Durchführung: — 200 mg Methylrot, 200 mg Phenolphthalein, 400 mg Bromthymolblau und 400 mg

Thymolblau werden in einer Reibschale mit 20 ml Natronlauge verrieben. — In den Messkolben 200 ml Ethanol geben. — Die Mischung aus der Reibschale in den Messkolben geben und die Reibschale mit

Leitungswasser nachspülen. — Den Messkolben mit Leitungswasser füllen, aber noch nicht bis zur Eicharkierung. — Die Lösung umschütteln und die Farbe betrachten.

Die Lösung muß eine grasgrüne Färbung haben. Es darf kein Gelb- oder Blaustich zu erkennen sein.

— Wenn die Lösung gelbstichig ist muß tropfenweise Natronlauge zugegeben werden. Nach der Zugabe jedes Tropfen gut umschütteln und die Farbe prüfen. Ist die Lösung blaustichig muß tropfenweise Salzsäure zugegeben werden, bis die Lösung eine grasgrüne Farbe hat.

— Hat die Lösung eine grasgrüne Färbe, wird mit Leitungswasser bis zur Eichmarke aufgefüllt.

— Wenn nötig wird die Lösung filtriert. — Zur Aufbewahrung sollte die Lösung in eine Braunglasflasche überführt werden. Auswertung: Der Indikator nach McCrumb hat in neutralen Lösungen eine grüne Farbe. In sauren Lösungen färbt er sich rot und in alkalischen blau.

Methodische und fachliche Bemerkungen: Das Prüfen des pH-Wertes von Lösungen ist ein im Chemieunterricht häufig auftretendes Experiment. Schüler lernen gerade im Anfangsunterricht, dass Säuren den Indikator rot färben und Basen blau. Die im Handel erhältlichen Universalindikatorlösungen haben jedoch meistens eine rote Eigenfarbe, wodurch bei Schülern der Eindruck entsteht, der Indikator an sich sei eine saure Lösung. Ein solches Missverständnis wird durch die Verwendung des Universalindikators nach McCrumb ausgeschlossen.

Protokollierung chemischer Schulversuche aus fachdidaktischer Sicht


5

Zur Protokollierung von chemischen Schulversuchen aus

fachdidaktischer Sicht

Anforderungen an die Protokollierung von chemischen

Schulversuchen Die Protokollsammlung ist so anzulegen, dass sie ohne großes Suchen sofort als komplette, aussagekräftige Experimentieranleitung zur Vorbereitung und Durchführung von Unterricht einsetzbar ist. Es kommt dabei darauf an, dass man in dieser Sammlung seine ganz persönliche Beziehung und seine Erfahrungen dokumentiert. Aus diesem Grunde ist es notwendig, eine solche Gestaltung und Ordnung vorzunehmen, die effektive Zugriffsbedingungen garantiert. Die Protokollierung von Schulversuchen verhilft zu thematischer und experimenteller Souveränität, verschafft Überblick und bietet Auswahlmöglichkeiten an. Dem Lehrer wird geholfen, für seine Unterrichtsgestaltung maßgeschneiderte experimentelle Fragestellungen zu finden: Fragestellungen von hohem Allgemeininteresse, Experimente mit Produkten des täglichen Umgangs sowie der persönlichen Erfahrungs- und Medienwelt; Aufgreifen von „Schlagworten“, „Modethemen“ usw.. Welche Aussagen sind bei der Protokollierung chemischer Schulversuche besonders wichtig?

Hinweise, wie man mit dem Experiment besonders deutliche, überzeugende Ergebnisse erreicht.

Hinweise, wie man diese Ergebnisse in kürzester Zeit erreicht.

Hinweise, wie mit einfachsten Mitteln experimentiert werden kann (improvisieren können!).

Hinweise zur exakten Vorbereitung, Durchführung, Beobachtung und (Aus-) Wertung von

Experimenten. Exaktes Trennen von „Beobachtung“ und „Auswertung“!

Exaktes Dokumentieren des materiellen und zeitlichen Aufwands.

„Tricks“ (unabdingbare Voraussetzungen, Steuerungsmöglichkeiten). Möglichkeiten der Kombination von Einzelexperimenten zu experimentellen Serien und deren Anordnung in erkenntnistheoretisch effektiver Reihenfolge.

Bemerkungen zum Gesundheits-, Arbeits- und Unfallschutz (GAU).

Entsorgungsmaßnahmen unter schulischen Bedingungen.

Hinweise zum richtigen Demonstrieren von Experimenten (Beachtung der Gestaltgesetze beim Experimentieren; Effektverstärkungen bzw. Effektabschwächung usw.).

Für unsere Lehrveranstaltungen sind die Experimentieranleitungen in der Broschüre bereits vorgegeben. Es ist deshalb möglich, sich bei der Anfertigung des einzelnen Versuchsprotokolls auf folgende Schwerpunkte zu konzentrieren:

Das Protokollieren von Schulexperimenten dient in erster Linie dazu, sich zielgerichtet eine

Sammlung von erprobtem „Handwerkzeug“ für den Einsatz im Unterricht anzulegen.



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Grundstruktur eines Versuchsprotokolls für ein chemisches

Schulexperiment

Name

Thema und Datum des Praktikumstages

Thema/Aufgabenstellung des Experiments

o Veränderungen und Ergänzungen gegenüber der vorliegenden Experimentieranleitung; (beschriftete) Skizze der Geräteanordnung bei Apparaturen, wenn in der Experimentieranleitung eine Skizze fehlt oder wenn die vorgenommenen Veränderungen so grundsätzlich sind, dass eine neue Skizze notwendig wird; Veränderungen in der Durchführung usw.

o Beobachtungsergebnisse und Messdaten

o Auswertung, werten der Effekte, knappe Darlegung wesentlicher, zum Verständnis des Experiments notwendiger theoretischer Grundlagen und Zusammenhänge; Reaktionsgleichungen

o Zeitaufwand

für die Vorbereitung

für die Durchführung

für die Entsorgung

o Wichtige Hinweise zum Experiment

wichtige zusätzliche Hinweise zum Gesundheits-, Arbeits- und Unfallschutz, Schrittfolge zur Montage bzw. Demontage der Apparatur, Experimentierreihenfolge usw.

konkrete Entsorgungsmaßnahmen

theoretische und didaktische Zusatzinformationen, „Know how“, Effekte, „Tricks“, „Macken“, relevante Inhalte und Zusammenhänge (z.B. Alltagsbezug). Vor- bzw. Nachbesprechung des Versuchs im Praktikum beachten!

o didaktischer Kommentar Bemerkungen zu den Einsatzbedingungen im Unterricht, z.B. Schulform; Bemerkungen zur Unterrichtsgestaltung: klassischer Frontalunterricht, Gruppenunterricht oder Projektunterricht; Lehrerdemonstrationsexperiment, Schülerdemonstrationsexperiment oder Schülerexperiment; arbeitsgleiches oder arbeitsteiliges Vorgehen; Einzelarbeit oder Experimentieren in Arbeitsgruppen; Grundanforderungen an das Wissen und an das Können der Schüler im Vorfeld („Vorwissen“).



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Muster-Protokoll

DCII, 1. Praktikumstag, Thema: Qualitative Analyse organischer Stoffe

Versuch 1: Cracken von Praffinöl; Nachweis der Crackprodukte

Geräte, Chemikalien, Entsorgung, Skizze analog Skript Durchführung: analog Skript, außer:

Statt Kühlwasser wurde eine Kältemischung (Eis, Kochsalz) verwendet. Beobachtung: Im Reagenzglas steigen Dämpfe auf.

An der Flammenfalle lassen sich Gase entzünden. Die Flamme brennt nicht kontinuierlich. In der Kühlfalle setzt sich eine gelbe Flüssigkeit ab.

Auswertung: An der Reagenzglaswand werden die Paraffin-Dämpfe, also langkettige Alkane, bei Temperaturen über 350°C gecrackt.

Beispiel: C18H38 C2H4 + C6H12 + C10H22 Dabei werden die Ketten aufgespalten und es entstehen überwiegend

Alkene, aber auch Alkine. Je höher die Temperatur ist, desto kurzkettiger werden die <Produkte. Damit verschiebt sich das Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhältnis immer mehr in Richtung des Kohlenstoffs. Dadurch rußt die Flamme so stark.

Z.B.: vollständige Verbrennung: C2H4 + 3 O2 2 CO2 + 2 H2O

unvollständige Verbrennung: C2H4 + 2 O2 C + CO2 + 2 H2O Zeitaufwand: Aufbau etwa 6 min Durchführung etwa 5 min Abbau und Reinigung etwa 6 min Wichtige Hinweise zum Experiment:

Stinkt wirklich extrem!

Paraffin wird hier nur verwendet, um nicht noch mehr unangenehme Produkte zu erhalten, aber auch wegen der größeren Verschmutzungen, die Erdöl hinterlassen würde.

Trockene Geräte benutzen, später nicht mit Wasser auswaschen!

Falls nur wenig Flüssigkeit aufgefangen wird: Reagenzglas schräg über die Porzellanschale halten und den/die Tropfen beim Herauslaufen/Heraustropfen entzünden.

Einfache Erklärung des ablaufenden Prozesses durch Zerschneiden einer Perlenkette möglich (z.B. auch für die Grundschule).

Gute Darstellung des Experimentes auch in „Sendung mit der Maus“ (Legosteine werden zerschnitten usw.).

Didaktischer Kommentar: Dieser Versuch eignet sich sehr gut zur Behandlung des Crackprozesses.

Auch im Rahmen der Einführung in die organische Chemie ist der Versuch geeignet, da hier auf einfache Weise das Verbrennungsverhalten von ungesättigten Kohlenwasserstoffen verdeutlicht werden kann. Wegen der hohen Geruchsbelästigung nur unter dem Abzug als Schülergruppenexperiment oder, falls keine Abzüge zur Verfügung stehen, als SDE/LDE! Einsatzzeitpunkt 11. Klasse zur „Einführung in die organische Chemie“ oder bei der Besprechung der „Erdölveredelung“ in der 9./10. Klasse.

Sauerstoff und Wasserstoff– Darstellung und Reaktionen


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Sauerstoff - Darstellung und Eigenschaften

Herstellen und pneumatisches Auffangen von Sauerstoff Geräte: Behelfsgasentwickler, Glasableitungsrohr, Schlauchstücke, Stativmaterial,

große pneumatische Wanne, 4 Erlenmeyerkolben (100ml) mit Stopfen,

Chemikalien: Wasserstoffperoxid (10 %) [Xi], Braunstein [Xn] Durchführung:

Der Behelfsgasentwickler wird nach der Versuchsskizze aufgebaut. Das Gasableitungsrohr nicht in die pneumatische Wanne einhängen! Es muss trocken bleiben!

In der mit Wasser gefüllten pneumatische Wanne werden drei Erlenmeyerkolben luftblasenfrei mit Wasser gefüllt und am Boden abgelegt. Daneben stellt man die dazu passenden Gummistopfen so auf, dass sie sich nach oben verjüngen. Achtung! Silikonstopfen lassen sich nicht aufstellen, sie schwimmen!

In das Reagenzglas mit seitlichem Ansatz gibt man einen Spatel voll Braunstein.

Am Tropfrichter kontrollieren, dass der Hahn geschlossen ist! Anschließend den Tropftrichter mit ca. 10%igem Wasserstoffperoxid befüllen.

2-3 Tropfen Wasserstoffperoxid auf den Braunstein tropfen lassen und Tropftrichter sofort wieder verschließen.

Reaktionsheftigkeit kontrollieren.

Entsprechend der Reaktionsheftigkeit die Zutropfgeschwindigkeit des Wasserstoffperoxids so einregulieren, dass eine kontinuierliche, nicht zu heftige Gasentwicklung erreicht wird.

Zum Verdrängen der in der Apparatur enthaltenen Luft lässt man zunächst eine entsprechende Sauerstoffmenge entweichen.

Dann erst wird das Gasableitungsrohr in die pneumatische Wanne eingesenkt.



9

Die Erlenmeyerkolben werden nacheinander mit Sauerstoff befüllt und durch Aufdrehen des Stopfens gut verschlossen. Hat man in der pneumatischen Wanne genug Platz, sollte man die gasbefüllten Erlenmeyerkolben bis zu ihren Gebrauch darin schwimmen lassen.

Entsorgung: Braunstein von der Lösung abfiltrieren, trocknen lassen und für weitere Versuche verwenden. Die klare Lösung verwerfen. Quelle: [1]

Untersuchen der Eigenschaften des Sauerstoff

Untersuchen des Sauerstoffs auf Brennbarkeit Geräte: 1 mit Sauerstoff gefüllter Erlenmeyerkolben, Holzspäne, Zündflamme Chemikalien: Sauerstoff Durchführung:

Mit brennendem Holzspan über die Öffnung des Erlenmeyerkolbens streichen. Brennbarkeit von Gasen evtl. vergleichend an einem mit Erdgas befüllten Erlenmeyerkolben demonstrieren.

Untersuchen des Sauerstoffs auf Förderung der Verbrennung („Spanprobe“) Geräte: 1 mit Sauerstoff gefüllter Erlenmeyerkolben, Holzspäne, Zündflamme Chemikalien: Sauerstoff Durchführung:

Glimmenden Holzspan in den mit Sauerstoff gefüllten Erlenmeyerkolben eintauchen. Diesen Vorgang evtl. mehrfach wiederholen.

100 ml 100 mlSauerstoff

Untersuchen der Dichte von Sauerstoff („Doppelgefäßmethode“) Geräte: 2 mit Sauerstoff gefüllte Erlenmeyerkolben, Holzspäne, Stativmaterial,

Zündflamme Chemikalien: Sauerstoff



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Durchführung:

2 mit Sauerstoff gefüllte Erlenmeyerkolben an einem Stativ so einspannen, dass einmal die Öffnung nach oben und einmal die Öffnung nach unten zeigt.

Folgende Schritte ruhig und ohne Eile nacheinander ausführen: Schritt 1: Zündflamme bereitstellen. Schritt 2: 2 lange Holzspäne entzünden, die Flammen auspusten und die Holzspäne

ablegen. Schritt 3: Beide Stopfen gleichzeitig aus den Erlenmeyerkolben entfernen. Schritt 4: Die Holzspäne entzünden und zum Glimmen bringen. Schritt 5: Die glimmenden Späne gleichzeitig in je einen Erlenmeyerkolben tief

eintauchen.

Anhand der Beobachtung auf die Dichte von Sauerstoff schließen. Der Vorgang des Eintauchens kann mehrfach wiederholt werden.

100 ml

100 ml

Entsorgung: entfällt Quelle: [1]

Reaktion von Magnesium und Eisen mit reinem Sauerstoff Geräte: 2 Standzylinder mit Abdeckplatte, Tiegelzange, Verbrennungslöffel Chemikalien: Sauerstoff [O], Eisenwolle, Magnesiumspäne [F], Sand Sicherheitshinweise:

Magnesium verbrennt mit einer sehr hellen Lichterscheinung, nicht direkt in die Flamme schauen.

Durchführung:

Den Boden der Standzylinder mit Sand bedecken.

Die Standzylinder trocken mit Sauerstoff befüllen.

Eine walnussgroße Portion Eisenwolle in der Brennerflamme entzünden und in den Standzylinder eintauchen.

In den zweiten Standzylinder einen mit Magnesiumspänen befüllten Verbrennungslöffel eintauchen. Mangesiumspäne vorher in der Brennerflamme entzünden.

Entsorgung: Reste verwerfen.



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Wasserstoff - Darstellung und Eigenschaften

Herstellen und pneumatisches Auffangen von Wasserstoff Geräte: Behelfsgasentwickler, mindestens 2 Reagenzgläser, 4 Erlenmeyerkolben

(100 ml) mit Stopfen, pneumatische Wanne, Gasableitungsrohr Chemikalien: Zink-Granalien, 6 M Salzsäure [C] mit Kupferionen versetzt Sicherheitshinweise:

Wasserstoff bildet mit Luft explosive Gemische. Vor dem Befüllen der Gefäße mit Wasserstoff muss mit Hilfe der Knallgasprobe geprüft werden, ob die Apparatur luftfrei ist.

Durchführung:

Aufbauen des Behelfsgasentwicklers analog der Skizze bei „Darstellen von Sauerstoff“.

In das Reagenzglas mit seitlichem Ansatz etwa 2-3 Spatellöffel Zink-Granalien geben. Den Tropftrichter mit Salzsäure befüllen (ca. 50 ml).

Die Gasentwicklung starten, wie in der Durchführung bei „Darstellen von Sauerstoff“ beschrieben.

Gasportionen im Reagenzglas entnehmen und Knallgasprobe durchführen.

Bei Luftfreiheit Gas in 4 Erlenmeyerkolben pneumatisch abfüllen. Entsorgung: Nicht gelöstes Zink von der Lösung abtrennen und mit Wasser waschen, es kann für spätere Wasserstoffentwicklungen erneut eingesetzt werden. Die Lösung im Behälter für Schwermetallsalzlösungen sammeln. Quelle: [1]

Durchführung der Knallgasprobe

Einige methodische und fachliche Bemerkungen: Die Knallgasprobe ist eine notwendige Maßnahme zur Feststellung der Luft-bzw. Sauerstofffreiheit einer Apparatur. Es ist keine Methode zum Nachweis von Wasserstoff! Knallgas im weiteren Sinn ist ein Gemisch eines brennbaren Gases (z.B. Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Ethen) oder der Dämpfe einer brennbaren Flüssigkeit (z.B. Benzen, Ethanol) mit einem gasförmigen Oxidationsmittel (z.B. Sauerstoff, Chlor). Bei der Knallgasprobe können drei unterschiedliche Erscheinungen auftreten: 1. Kein Geräusch, keine Flamme 2. pfeifendes Geräusch, keine Flamme 3. kein bis kaum hörbares, dumpfes Geräusch, farblose - kaum sichtbare Flamme Die optischen und akustischen Effekte bei 1. und 3. sind nicht immer deutlich unterscheidbar und können daher verwechselt werden. Dies ist besonders bei schwachem Wasserstoffstrom möglich. Bei starkem Wasserstoffstrom sind 1. und 2. oft nicht erkennbar.



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Mit Wasserstoff darf erst gearbeitet werden, wenn in mehreren Knallgasproben nacheinander gezeigt werden konnte, dass er im Reagenzglas ruhig abbrennt!

Achtung! Das typische Pfeifgeräusch bei der Knallgasprobe bleibt auch ganz am

Anfang aus, wenn sich im Reagenzglas nur Luft befindet, weil das entstehende

Wasserstoffgas die Luft aus der Apparatur gerade erst verdrängt. Die Knallgasbildung

folgt dann unmittelbar hinterher! Deshalb nicht voreilig auf Luftfreiheit schließen! Eine ausreichende Menge Wasserstoff entwickeln und mehrmals nacheinander Luftfreiheit demonstrieren!

Knallgasprobe

Unter Beachtung des Sicherheitsabstandes zum Wasserstoffreaktor Zündflamme positionieren.

Entnehmen einer Gasprobe mit dem Reagenzglas.

Reagenzglas mit Daumen verschließen.

Das mit der Öffnung nach unten geneigte Reagenzglas in der Brennerflamme öffnen.

Geräusch werten.

VORSICHT! Bei der Knallgasprobe stets mit mindestens zwei Reagenzgläsern im Wechsel arbeiten! Explosionsgefahr!

Untersuchen der Eigenschaften des Wasserstoffs

Untersuchen des Wasserstoffs auf Brennbarkeit Geräte: 1 mit Wasserstoff gefüllter Erlenmeyerkolben, langer Holzspan, Zündflamme Chemikalien: Wasserstoff [F+] Einige methodische und fachliche Bemerkungen: Reiner Wasserstoff pufft nach der Entzündung des Gases leicht und brennt danach ruhig ab. Knallgas explodiert bei der Entzündung! Sicherheitshinweise:

Es besteht die Gefahr der Knallgasbildung. Durchführung:

Mit brennendem Holzspan Wasserstoff im oben offenen Erlenmeyerkolben entzünden; dazu über die Kolbenöffnung streichen (siehe dazu auch „Untersuchen des Sauerstoffs auf Brennbarkeit“).

Untersuchen des Wasserstoffs auf Förderung der Verbrennung

Variante 1 Geräte: 1 mit Wasserstoff gefüllter Erlenmeyerkolben, 1 langen Holzspan,

Zündflamme Chemikalien: Wasserstoff [F+] Durchführung:

Brennenden Span in den mit Wasserstoff gefüllten, mit der Öffnung nach unten eingespannten Erlenmeyerkolben tief eintauchen.



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Variante 2 Geräte: 1 mit Wasserstoff gefüllter Standzylinder, 1 Kerze auf einem langen Draht,

Zündflamme Chemikalien: Wasserstoff [F+] Durchführung:

Den Standzylinder garantiert mit reinem Wasserstoff füllen (absolut luftfrei!)

Den dicht verschlossenen Standzylinder mit der Öffnung nach unten am Stativ fixieren

Die brennende Kerze in den Standzylinder eintauchen und langsam wieder herausziehen. Den Vorgang mehrmals wiederholen.

Quelle: [1]

Untersuchen der Dichte von Wasserstoff („Doppelgefäßmethode“) Geräte: 2 mit Wasserstoff gefüllte Erlenmeyerkolben (100 ml), 2 lange Holzspäne,

Stativmaterial, Zündflamme Chemikalien: Wasserstoff [F+]

Durchführung:

2 mit reinem Wasserstoff gefüllte Erlenmeyerkolben an einem Stativ so einspannen, dass einmal die Öffnung nach oben und einmal die Öffnung nach unten zeigt.


ablegen. Schritt 3: Beide Stopfen gleichzeitig aus den Erlenmeyerkolben entfernen. Schritt 4: Die Holzspäne zur Flamme entzünden. Schritt 5: Die brennenden Späne gleichzeitig in je einen Erlenmeyerkolben tief

eintauchen.

Anhand der Beobachtung auf die Dichte von Wasserstoff schließen. Der Vorgang des Eintauchens kann mehrfach wiederholt werden.

Entsorgung: entfällt Quelle: [1]

Darstellen von Wasserstoff aus Wasser und Calcium

Variante 1 Geräte: Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr (16 mm), passender Vollstopfen

(keinen Korkstopfen verwenden), Schlauchverbindungsstücke, Gaseinleitungsrohr, Kristallisierschale (d= 95 mm) oder pneumatische Wanne, mindestens 2 Reagenzgläser (16 mm), Zündflamme

Chemikalien: Calcium (Späne) [F], Leitungswasser



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Durchführung:

Die Apparatur vollständig aufbauen.

In das Reagenzglas mit seitlichem Ansatz werden 5 - 10 Calciumspäne gegeben.

Mit einem Mal etwa 3 cm hoch Leitungswasser darauf geben und das Reagenzglas mit dem Stopfen verschließen.

Das entstehende Gas wird pneumatisch in einem Reagenzglas aufgefangen und die Knallgasprobe durchgeführt. Die Knallgasprobe kann mehrfach wiederholt werden.

Variante 2 Geräte: 2 Reagenzgläser (16 mm), Glastrichter, Kristallisierschale (d= 95 mm),

Zündflamme Chemikalien: Calcium (Späne) [F], Leitungswasser Durchführung:

Die Kristallisierschale mit Wasser füllen.

Eine Portion Calcium auf den Boden setzen.

Den Trichter darüberstülpen und das entstehende Gas in einem aufgesetzten Reagenzglas auffangen.

Knallgasprobe durchführen. Die Knallgasprobe kann mehrfach wiederholt werden.

Entsorgung: Calcium vollständig in Wasser auflösen und die Lösung im Behälter für Laugen-Abfälle sammeln. Quelle: [3]

Darstellen von Wasserstoff aus Aluminium und

Natriumhydroxidlösung Geräte: Reagenzglas mit seitlichem Ansatzrohr (16 mm), passender Vollstopfen,

Schlauchverbindungsstücke, Gaseinleitungsrohr, Kristallisierschale (d= 95 mm) oder pneumatische Wanne, mindestens 2 Reagenzgläser (16 mm), Zündflamme, 1 Becherglas (250 ml)

Chemikalien: Aluminium (Späne), Natriumhydroxidlösung (10 %ig) [C] Durchführung:

Die Apparatur vollständig aufbauen.

Den Brenner und ein Becherglas mit kaltem Wasser bereitstellen.

In das Reagenzglas mit seitlichem Ansatz 2 - 3 g Aluminium (Späne) geben.

Darauf füllt man etwa 2 cm hoch Natriumhydroxidlösung und verschließt das Reagenzglas mit dem Stopfen.

Gassynthese abwarten. Der Reaktor kann evtl. mit der Sparflamme des Brenners ganz vorsichtig erwärmt werden. Nach einsetzender Gasentwicklung den Brenner sofort entfernen! Bei zu heftiger Reaktion und Schaumbildung den Reaktor in Kühlwasser einsenken.



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Das sich entwickelnde Gas wird in einem Reagenzglas pneumatisch aufgefangen.

Knallgasprobe durchführen.

— (Hinweis: Die Reaktion beginnt sehr langsam, da die schützende Oxidschicht auf der Oberfläche

des Aluminiums erst gelöst werden muss. Durch das Erwärmen ist die Gefahr des Überschäumens gegeben. Die Reaktion kann sehr stürmisch verlaufen. In ähnlicher Weise reagiert auch Zink mit Natriumhydroxidlösung.)

Entsorgung: Aluminium vollständig auflösen oder abtrennen. Die Lösung im Behälter für Laugen-Abfälle sammeln. Quelle: [4]

Stickstoff und Stickstoffverbindungen I


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Darstellen von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff

(Darstellung von Stickstoff auf warmem Wege) Geräte: 2 Reagenzgläser mit seitlichem Ansatz (30 mm) und passenden Vollstopfen,

Verbrennungsrohr (wenn möglich aus Quarzglas), Becherglas (250 ml, hohe Form), Y-Stück, Glasrohrstücke mit unterschiedlicher Länge, Glaswinkel, Schlauchverbindungsstücke, Reagenzglas (16 mm), Drahtnetz, Stativmaterial, Glasstab

Chemikalien: Zinkgranalien, 5M Schwefelsäure [C], konzentrierte Ammoniumchloridlösung

[Xn], konz. Natriumnitritlösung [T], Katalysator: (Calciumoxid/Eisenpulver/Aluminiumoxid 1:1:1), Phenolphthalein, Glaswolle, Leitungswasser (!)

Vorbereitende Arbeiten: Gesättigte Ammoniumchlorid-Lösung herstellen: 0,7 mol NH4Cl = 37,5 g in 100 ml siedendes Wasser langsam und portionsweise eintragen (Siedeverzug!); heiße Lösung unter fließendem Wasser auf Raumtemperatur abkühlen; beim Einsatz die über dem Bodenkörper gesättigte Ammoniumchloridlösung dekantieren. Konzentrierte Natriumnitrit-Lösung herstellen: 0,35 mol NaNO2 = 24,15 g in 100 ml Wasser eintragen Sicherheitshinweise:

Bei dem Arbeiten mit Wasserstoff kann es zu einer Explosion kommen. Da hier auf eine Knallgasprobe verzichtet wird, ist die in der Durchführung beschriebene Reihenfolge unbedingt einzuhalten.

Die Apparatur muss unbedingt zunächst mit Stickstoff luftfrei gespült werden. Erst danach ist die Wasserstoff-Entwicklung zu starten.

Bei der Reaktion dürfen nur saubere und absolut trockene Geräte eingesetzt werden.



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Durchführung:

Die Apparatur gemäß der Skizze aufbauen. Die in der Skizze übereinander dargestellten Geräte sind hintereinander zu montieren. Auf Sicherheitsabstand zwischen dem Wasserstoffreaktor und den Wärmequellen achten! Das Verbrennungsrohr in einer Länge von 6 cm im vollen Querschnitt mit Katalysator füllen (Gasdurchlässigkeit beachten!) und mit Glaswolle fixieren,

Zum Nachweis der Hydroxid-Ionen in „Reagenzglas 3“ Leitungswasser(!) einfüllen und mit 5-6 Tropfen Phenolphtalein versetzen (Füllhöhe maximal 3 cm).

Das Gasableitungsrohr leicht beweglich knapp über dem Flüssigkeitsniveau positionieren. Es darf nicht nass werden!

In das „Reagenzglas 2“ Zinkgranalien (3 Spatellöffel) einfüllen.

Das Wasser im Becherglas auf ca. 70°C erhitzen.

In „Reagenzglas 1“ 8 ml Natriumnitritlösung (konz.) und 8 ml Ammoniumchloridlösung (konz.) einfüllen, mit dem Glasstab kurz umrühren.

„Reagenzglas 1“ ins Wasserbad stellen.

Beide Reagenzgläser mit Stopfen verschließen. Ausreichende Stickstoffsynthese abwarten und Apparatur mit Stickstoff spülen.

Schwefelsäure (5 M) in „Reagenzglas 2“ einfüllen (1/4 der Höhe des Reagenzglases!).

Ausreichende Gassynthese abwarten und Apparatur luftfrei spülen.

Katalysator mäßig erhitzen.

Kräftigen Wasserstoff- und Stickstoffstrom sichern: Gasverhältnis N2:H2 = 1:3!

Die Färbung der Indikatorlösung beobachten und werten.

— (Hinweis: Die Bildung von Ammoniak aus den Elementen erfolgt in einer Gleichgewichtsreaktion.

Eine praktisch quantitative Ausbeute wäre nur bei Zimmertemperatur zu erwarten. Bei dieser Temperatur ist die Reaktionsgeschwindigkeit jedoch unmessbar klein. Katalysatoren erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit erst ab ca. 400°C. Bei dieser Temperatur beträgt die Ammoniak-Ausbeute aber nur 0,1 Vol.%. Eine höhere Ausbeute ist nur durch Anwendung hoher Drücke (von 202 600 – 1 013 000 hPa) zu erreichen. Derartige Bedingungen sind in einem Schulexperiment nicht zu realisieren. Die Problematik bei diesem Experiment besteht also darin, Bedingungen zu schaffen,



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unter denen der zu erwartende, sehr geringe Anteil an Ammoniak (0,01 Vol.%) ausreicht, um in wässriger Lösung sich bildende Hydroxid-Ionen noch nachweisen zu können. Zur Darstellung von Wasserstoff ist Zink und verdünnte Schwefelsäure zu verwenden. Salzsäure ist für diesen Zweck ungeeignet, weil Chlorwasserstoffdämpfe mitgerissen werden und diese in der Vorlage einen Überschuss an Wasserstoff-Ionen bewirken (saure Reaktion!). Es ist auch ungünstig, zum Zink bzw. zur Schwefelsäure Kupfersulfat zuzusetzen. Gerade bei älteren Zink-Chargen lässt sich das allerdings nicht immer umgehen. Zur Darstellung von Stickstoff ist ein Lösungsgemisch aus Ammoniumchlorid und

Natriumnitrit besonders geeignet. (Achtung! Ammoniumnitrit ist im trockenen Zustand explosiv!) Bei Raumtemperatur sind Nitrit-Ionen und Ammonium-Ionen nebeneinander beständig; bei erhöhter Temperatur kommt es dagegen zu einer Phasenneubildung, die ggf. sehr stürmisch erfolgen kann. Es ist deshalb empfehlenswert, bei diesem Experiment neben einem Wasserbad zum Erhitzen auch ein Kühlbad zum Tauchen griffbereit zu haben.)

Entsorgung: Zinkgranalien von der Säure abtrennen und mit Wasser waschen. Sie können für weitere Wasserstoffdarstellungen eingesetzt werden. Die Säure im Behälter für Schwermetallsalzlösungen sammeln. Lösung mit Natriumnitrit im Behälter für nitrathaltige Abfälle sammeln. Quelle: [1]

Lösen von Ammoniak in Wasser - Springbrunnenversuch Geräte: Reagenzglas mit seitlichem Ansatz (30 mm) und passendem Stopfen,

Rundkolben (250 ml) mit doppelt durchbohrtem Stopfen, kurzes Glasrohr, kurzes ausgezogenes Glasrohr, 2 Schlauchstücke (ca. 20 cm und ca. 4 cm), passender Stopfen für Schlauchstück, Aktivkohlefilter, Becherglas (600 ml)

Chemikalien: Ammoniaklösung 25 %ig [C, N], Natriumhydroxid-Plätzchen [C], Indikator:

Phenolphtalein (ggf. auch Unitest) Sicherheitshinweise:

Konzentrierte Ammoniaklösung und Natriumhydroxid-Plätzchen sind stark ätzend, Hautkontakt sollte vermieden werden.

Ammoniak ist ein giftiges Gas, überschüssiges Gas muß daher von dem Aktivkohlefilter adsorbiert werden.

Bei dem Versuch bildet sich ein Unterdruck. Es dürfen also nur Kolben verwendet werden, die für Arbeiten mit Unterdruck geeignet sind. Der Rundkolben darf keinerlei Beschädigungen aufweisen.

Durchführung:

Rundkolben und Einsatz müssen ganz trocken sein,

Rundkolben über Stopfenaufsatz gasdicht an den Gasentwickler anschließen.

An den zweiten Stopfenausgang Aktivkohlefilter montieren

10 - 11 ml konz. Ammoniaklösung in das Reagenzglas mit Ansatz einfüllen,

6 Plätzchen Natriumhydroxid zu dem Ammoniak geben und das Reagenzglas sofort verschließen,

Der Kolben ist mit Ammoniak gefüllt, wenn sich das Aktivkohlerohr leicht erwärmt, wenn das nicht der Fall ist, etwas Natriumhydroxid in den Gasentwickler nachgegeben.



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Den Aktivkohlefilter von dem Stopfenaufsatz lösen und das Schlauchstück mit einem Stopfen verschließen. Sofort danach den Gasentwickler von dem Stopfenaufsatz lösen und den Aktivkohlefilter an den Gasentwickler anschließen (Siehe Skizze).

den Rundkolben umgekehrt in ein mit Wasser gefülltes Becherglas stellen, welches mit Indikator versetzt ist.

Entsorgung: Lösungsreste aus dem Gasentwickler in dem Behälter für Laugen-Abfälle sammeln, den Rest verwerfen. Quelle: [1]

Bildung von Ammoniumchlorid -

Nachweis der unterschiedlichen Wanderungsgeschwindigkeiten

der Teilchen Geräte: Verbrennungsrohr, 2 Vollstopfen mit 2 Stecknadeln, Watte, 2 Uhrgläser,

2 Pipetten, schwarzer Hintergrund



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Chemikalien: konz. Ammoniak-Lösung [C, N], konz. Salzsäure [C] Sicherheitshinweise:

Konzentrierte Lösungen von Ammoniak und Salzsäure sind stark ätzende Substanzen. Haut- und Augenkontakt sind zu vermeiden.

Durchführung:

Wattebäusche mit Stecknadeln an den Stopfen befestigen.

Die Uhrgläser mindestens 1 m weit auseinander stellen und je einen montierten Wattebausch auflegen.

Einen Wattebausch mit Ammoniak-Lösung, den anderen mit Salzsäure benetzen.

Stopfen gleichzeitig in je ein Ende des Verbrennungsrohres stecken.

Verbrennungsrohr auf dunklen Hintergrund legen und beobachten.

Beobachten und erklären. Entsorgung: Gebrauchte Wattebäusche mit Wasser gründlich auswaschen. Küchensieb verwenden! Reste anschließend verwerfen. Quelle: [1]

Darstellung von Stickstoff auf kaltem Wege Geräte: Reagenzglas mit seitlichem Ansatz (30 mm), Tropftrichter mit Lochstopfen,

Pipette, mehrere Erlenmeyerkolben (100 ml) mit passenden Stopfen, Schlauchverbindungsstücke, Gaseinleitungsrohr, Stativmaterial, pneumatische Wanne

Chemikalien: gesättigte Ammoniumchloridlösung [Xn], konz. Essigsäure (Eisessig) [C],

3,5 M Natriumnitritlösung [T] Durchführung:

Einen Behelfsgasentwickler montieren.

In das Reagenzglas mit seitlichem Ansatz 15 ml Ammoniumchloridlösung geben und mit 15 Tropfen konz. Essigsäure versetzen.

Den Tropftichter mit Natriumnitritlösung befüllen.

Das Gas wird pneumatisch aufgefangen.

Zur Gassynthese Natriumnitritlösung langsam in den Reaktor tropfen. Entsorgung: Reaktionsgemisch vollständig ausreagieren lassen, bei Bedarf zur Sicherheit noch einmal leicht erwärmen. Anschließend im Behälter für Nitrat-/Nitrithaltige Abfälle sammeln. Quelle: [5]



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Untersuchen der Eigenschaften des Stickstoffs

Untersuchen des Stickstoffs auf Brennbarkeit Geräte: 1 mit Stickstoff gefüllter Erlenmeyerkolben (100 ml), langer Holzspan,

Zündflamme Chemikalien: Stickstoff, (evtl. ges. Calciumhydroxidlösung [Xi]) Durchführung:

Mit brennendem Holzspan über die Öffnung des Erlenmeyerkolbens streichen. Die Brennbarkeit von Gasen evtl. vergleichend an einem mit Erdgas befüllten Erlenmeyerkolben demonstrieren.

— (Hinweis:

Um Stickstoff von Kohlenstoffdioxid zu unterscheiden, können anschließend in den Erlenmeyerkolben einige Milliliter Calciumhydroxidlösung gegeben werden. Den Erlenmeyerkolben mit Stopfen verschließen und kräftig schütteln. Gleiches mit einem Kohlendioxid-befüllten Erlenmeyerkolben wiederholen, vergleichend beobachten und werten.)


Untersuchen des Stickstoffs auf Förderung der Verbrennung Geräte: 1 mit Stickstoff gefüllter Erlenmeyerkolben, langer Holzspan, Zündflamme Chemikalien: Stickstoff Durchführung:

Brennenden Span in den mit Stickstoff gefüllten Erlenmeyerkolben eintauchen. Entsorgung: Reste verwerfen.

Untersuchen der Dichte von Stickstoff („Doppelgefäßmethode“) Geräte: 2 mit Stickstoff gefüllte Erlenmeyerkolben (100 ml), 2 lange Holzspäne,

Stativmaterial, Zündflamme Chemikalien: Stickstoff Durchführung:

Die beiden Erlenmeyerkolben an einem Stativ so einspannen, dass einmal die Öffnung nach oben und einmal die Öffnung nach unten zeigt.


ablegen. Schritt 3: Beide Stopfen gleichzeitig aus den Erlenmeyerkolben entfernen. Schritt 4: Die Holzspäne zur Flamme entzünden.



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Schritt 5: Die brennenden Späne gleichzeitig in je einen Erlenmeyerkolben tief eintauchen.

Anhand der Beobachtung auf die Dichte von Stickstoff schließen. Der Vorgang des Eintauchens kann mehrfach wiederholt werden.

Entsorgung: Entfällt. Quelle: [1]

Stickstoff und Stickstoffverbindungen II


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Nachweis von Stickstoff in der Luft Geräte: Feuerfeste Unterlage (Keramikdrahtnetz), 2 Uhrgläser, Löffelspatel Chemikalien: Magnesium-Grieß [F], Universalindikatorpapier, konz. Salzsäure [C] Sicherheitshinweise: — Beim Verbrennen von Magnesium kommt es zu einer sehr hellen Lichterscheinung, in die

nicht direkt hineingeschaut werden darf. — Durchführung: — Auf die feuerfeste Unterlage 1-2 Spatellöffel voll Magnesium aufhäufen. — Das Magnesium mit dem Bunsenbrenner entzünden. — Nach der Verbrennung das Produkt mit dem Spatel zerteilen. — Reaktionsprodukt betrachten. — Etwas vom dem Reaktionsprodukt auf ein

Uhrglas geben. — Auf die Innenseite des zweiten Uhrglases einen

Streifen angefeuchtetes Indikatorpapier heften. — Zu dem Reaktionsprodukt etwas Wasser geben

und das Uhrglas mit dem zweiten Uhrglas abdecken. Den Indikatorpapierstreifen betrachten.

— Das Uhrglas mit dem Reaktionsprodukt an die Öffnung einer Flasche mit konz. Salzsäure halten und beobachten.

Entsorgung: Die Reste mit Wasser aufnehmen und verwerfen. Quelle: [11]

Bildung von Ammoniumchlorid Geräte: Becherglas (400 ml), 2 Bechergläser (25 ml), schwarze Unterlage, Spatel, 2

Uhrgläser, Reagenzglas Chemikalien: konz. Salzsäure [C], konz. Ammoniaklösung [C, N], Natriumhydroxid-

Plätzchen [C], Silbernitratlösung (0,1 M) [Xi] Sicherheitshinweise: — Konzentrierte Lösungen von Ammoniak und Salzsäure sind stark ätzende Substanzen.

Haut- und Augenkontakt sind zu vermeiden. — Durchführung: — In das eine Becherglas (25 ml) eine Portion Salzsäure geben und in das andere eine

Portion Ammoniaklösung geben. Die Portionen nicht direkt nebeneinander abfüllen.



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— Die beiden Bechergläser auf die schwarze Unterlage stellen und das Becherglas (400 ml) darüber stülpen.

— Betrachten und beobachten.

— Von dem Reaktionsprodukt etwas von der schwarzen Unterlage abkratzen. Einen Teil davon auf ein Uhrglas geben und einen weiteren Teil in ein Reagenzglas geben.

— Beide Proben mit etwas Wasser versetzen. — Zu der Probe auf dem Uhrglas 2 Plätzchen Natriumhydroxid geben

und das Uhrglas mit einem weiteren Uhrglas abdecken, auf dessen Innenseite ein angefeuchteter Streifen Indikatorpapier angeheftet ist.

— Den Indikatorpapierstreifen betrachten und eventuell das Uhrglas abheben und eine Geruchsprobe durchführen.

— Zu der Probe in dem Reagenzglas etwas Silbernitratlösung geben und beobachten.

Entsorgung: Ammoniumchlorid-Reste mit Wasser aufnehmen und verwerfen. Silberabfälle im Behälter für Silbersalz-Abfälle sammeln.

Herstellen von Stickstoffmonoxid Geräte: Reagenzglas mit seitlichem Ansatz (30 mm), Tropftrichter, Lochstopfen,

Gaseinleitungsrohr, Schlauchstück, pneumatische Wanne, 2 Standzylinder, Abdeckplatte, Becherglas (100 ml)

Chemikalien: konz. Salpetersäure [C], Kupferspäne, Universalindikator Sicherheitshinweise: — Stickoxide sind giftige Gase, daher sollte im Abzug gearbeitet werden. Durchführung: — Eine Apparatur zum pneumatischen Auffangen von Gasen aufbauen. — In das Reagenzglas mit seitlichem Ansatz etwa 2-3 cm hoch Kupferspäne einfüllen. — In dem Becherglas halbkonzentrierte Salpetersäure herstellen. Dazu 20 ml Wasser in

dem Becherglas vorlegen und zu dem Wasser 20 ml konz. Salpetersäure geben. — Die halbkonzentrierte Salpetersäure in den Tropftrichter einfüllen. — Die Salpetersäure langsam auf die Kupferspäne Tropfen lassen. — Die Apparatur zunächst mit dem entstehenden Gas luftfrei spülen und dann einen

Standzylinder pneumatisch mit dem entstehenden Gas füllen. — Den befüllten Standzylinder luftdicht mit einer Abdeckplatte verschließen.



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— Auf den mit der Abdeckplatte verschlossenen Standzylinder einen mit Luft gefüllten Standzylinder, mit der Öffnung nach unten, stellen.

— Die Abdeckplatte entfernen und beobachten. — Den Gasinhalt eines Stanzylinder mit Wasser aufnehmen, welches mit Universalindikator

versetzt ist. — Indikatorfärbung beobachten.

Entsorgung: Die Reste aus dem Gasentwickler im Behälter für nitrathaltige Abfälle sammeln. Die leicht saure Lösung aus dem Standzylinder verwerfen. Quelle: [2]

Nachweis von Ammonium- und Nitrat-Ionen in Düngemitteln Geräte: 3 Uhrgläser Chemikalien: Natriumhydroxid-Plätzchen [C], Test-Set zum Nitrat-Nachweis (z. B. Nitrat-

Teststäbchen), Universalindikatorpapier, Flüssigdünger Durchführung: — Von dem Flüssigdünger eine Probe auf ein Uhrglas geben. — Zu der Probe 2 Plätzchen Natriumhydroxid geben und das Uhrglas

mit einem weiteren Uhrglas abdecken, auf dessen Innenseite ein angefeuchteter Streifen Indikatorpapier angeheftet ist.

— Den Indikatorpapierstreifen betrachten und eventuell das Uhrglas abheben und eine Geruchsprobe durchführen.

— Auf ein Uhrglas eine weitere Probe des Flüssigdüngers geben. — Die Probe mit einem Teststreifen auf den Nitrat-Gehalt prüfen. Dabei nach der Anleitung

des Test-Sets verfahren. Entsorgung: Lösung auf dem Uhrglas neutralisieren und verwerfen. Den Entsorgungsratschlägen des Test-Sets folgen.



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Thermisches Zersetzen von Ammoniumnitrat Geräte: Reagenzglas, Spatel, Stativmaterial Chemikalien: Ammoniumnitrat [O] Durchführung: — In ein senkrecht eingespanntes Reagenzglas eine Spatelspitze (3-4 Kristalle)

Ammoniumnitrat geben. — Das Ammoniumnitrat mit dem Brenner vorsichtig erhitzen. Entsorgung: Die Reste mit Wasser aufnehmen und verwerfen. Quelle: [11]

Halogene - Halogenverbindungen


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Darstellung von Chlor Geräte: Reagenzglas mit seitlichem Ansatz (30 mm) und passendem Lochstopfen,

Tropftrichter, Stativmaterial, Schlauchverbindungsstücke, ein rechtwinkelig gebogenes Glasrohr mit langem Schenkel, Pappdeckel (Bierdeckel), Holzbrett, Satz Stopfenbohrer, mindestens 4 Standzylinder mit Abdeckplatten, Aktivkohleadsorptionsrohr, Pipette oder kleines Becherglas

Chemikalien: Kaliumpermanganat [O, Xn, N], konz. Salzsäure [C], 10 %ige

Natriumhydroxidlösung [C], Sand, Unitestpapier, Leitungswasser Sicherheitshinweise:

Chlor ist ein giftiges Gas, es reizt die Augen und die Atemwege. Die Darstellung sollte im Abzug erfolgen.

Durchführung:

Behelfsgasentwickler aufbauen.

An das Ansatzrohr des Reagenzglases ein Winkelrohr so anschließen, dass der lange Schenkel bis fast auf den Boden der zu befüllenden Standzylinder reicht.

In die Mitte einer Pappscheibe (Bierdeckel) mit dem Korkbohrer ein ausreichend großes Loch schneiden.

Den Bierdeckel so auf das Gasableitungsrohr schieben, dass die zu befüllenden Standzylinder gut mit dem Bierdeckel abgedeckt werden können.

Standzylinder in ausreichender Menge (mindestens 4 Stück) bereitstellen, als Schutz je einen Löffel Sand hineingeben und mit je einer Abdeckplatte abdecken.

Den Gasentwickler befüllen: In das Reagenzglas mit seitlichem Ansatz 1-2 Spatel Kaliumpermanganat geben, in den Tropftrichter darüber Salzsäure einfüllen.

Chlorgas Entwicklung durch langsames Zutropfen der Salzsäure starten.

Die Standzylinder mit Chlor befüllen, beim Abfüllen den Standzylinder mit dem Bierdeckel abdecken, anschließend mit einer Abdeckplatte verschließen.

Sind genügend Standzylinder gefüllt, die Gasentwicklung stoppen, dazu in den Gasentwickler vorsichtig Natronlauge geben, bis die Lösung im Entwickler alkalisch reagiert.

— (Hinweis:

Für nachfolgende Versuche hier evtl. auch Chlorwasser von deutlicher Färbung herstellen!)

Entsorgung: Die alkalische Lösung aus dem Gasentwickler in dem Behälter für Kaliumpermanganat-Abfälle sammeln. Quelle: [2]



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Reaktion von Chlor mit Metallen

Geräte: Standzylinder mit Abdeckplatte, Tiegelzange, Verbrennungslöffel, Brenner Chemikalien: Chlor [T, N], Zink-Pulver [F], Eisen-Pulver, Eisenwolle, Kupfer-Späne,

Magnesium-Späne [F], Sand Sicherheitshinweise:

Chlor ist ein giftiges Gas, es reizt die Augen und die Atemwege. Durchführung:

In den mit Chlor gefüllten Standzylindern verschiedenen Metallproben zur Reaktion bringen. Dazu die Metalle mit Hilfe einer Tiegelzange oder eines Verbrennungslöffels in der Brennerflamme erhitzen und zügig in die Chloratmosphäre einsenken.

Entsorgung: Die Sand-Rückstände sammeln, unter dem Abzug gründlich ausgasen lassen und mit dem Hausmüll entsorgen. Die Metallchloride in Wasser lösen und im Behälter für Schwermetallsalzlösungen sammeln. Quelle: [2]

Reaktion von Chlor mit Natrium Geräte: Reagenzglas (Fiolax, 16 mm), passender Einlochstopfen mit Glasrohr,

Standzylinder mit Abdeckplatte, Gummihandgebläse, Reagenzglashalter, Messer, Pinzette, Filterpapier, Becherglas (250 ml), Brenner

Chemikalien: Chlor [T, N], Natrium [F, C], Ethanol [F], Sand Vorbereitende Arbeiten: In den unteren Bereich eines Reagenzglases (16 mm) ein Loch blasen. Dazu das Reagenzglas punktförmig im unteren Bereich erwärmen. Während das Glas erweicht, Gummihandgebläse an das Reagenzglas anschließen und einen Überdruck erzeugen, bis ein Loch in das Reagenzglas geblasen wird.

Sicherheitshinweise:

Chlor ist ein giftiges Gas, es reizt die Augen und die Atemwege.

Bei der Reaktion kann es zu einer sehr hellen Lichtentwicklung kommen.

Natrium reagiert mit Wasser sehr heftig unter Bildung von Wasserstoff. Natriumreste in Ethanol entsorgen. Das Reagenzglas nach der Reaktion ebenfalls in Ethanol stellen, um nicht umgesetztes Natrium zu entsorgen. Dabei kann es vorkommen, dass Natrium unter einer Salzkruste hängt, die von Ethanol nicht angelöst wird. Das Reagenzglas sollte daher anschließend in Wasser gestellt werden, was allerdings hinter einer Schutzscheibe geschehen sollte.

Durchführung:

Den Boden des Standzylinders mit Sand bedecken und mit Chlor füllen.



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Das vorbereitete Reagenzglas im Reagenzglashalter fixieren, ein erbsengroßes Stück Natrium einbringen.

Das Natrium über der Brennerflamme schmelzen und sofort in den chlorgefüllten Standzylinder tief eintauchen.

Entsorgung: Natriumreste und alle mit Natrium in Berührung gekommenen Geräte ausglühen/verbrennen oder in Ethanol geben. Nach gründlichem Abreagieren Ethanol anschließend verwerfen. Den Sand sammeln, gut ausgasen lassen und zum Hausmüll geben. Den Standzylinder mit Wasser ausspülen und Reste verwerfen Quelle: [7]

Reaktion von Aluminium mit Brom Geräte: Reagenzglas (Duran, 16 mm), kleines Becherglas (ca. 25 ml) zum

Abdecken, Stativmaterial, gut ziehende Pipette, Abdampfschale Chemikalien: Aluminium-Folie, Brom [T, C, N]

Sicherheitshinweise:

Brom ist ein starker Reiz- und Ätzstoff für Haut Augen und Schleimhäute. Das Einatmen von Bromdämpfen führt zur Verätzungen der Atemwege. Flüssiges Brom verursacht auf der Haut schmerzhafte Nekrosen und bei längerer Einwirkung schlecht heilende Geschwüre. Es ist daher im Abzug und mit Handschuhen zu arbeiten. Bei Hautkontakt mit Brom als Sofortmaßnahme die betroffene Stelle mit fließendem Wasser spülen und mit 10 %iger Natriumhydrogencarbonatlösung abwaschen.

Bei der Reaktion besteht Spritzgefahr, es muss hinter einer Schutzscheibe gearbeitet werden.

Das Reaktionsprodukt löst sich stark exotherm in Wasser, deshalb besteht auch bei der Entsorgung Spritzgefahr.

Durchführung:

Das Reagenzglas am Stativ senkrecht mit der Öffnung nach oben fixieren. Darunter eine Abdampfschale stellen.

Etwa 1 ml Brom in das Reagenzglas einfüllen.

Mit Hilfe einer Pinzette eine Portion (etwa 10 x 5 cm) leicht gefaltete Aluminiumfolie zu dem Brom geben.

Das Reagenzglas kann mit einem kleinen Becherglas abgedeckt werden, um Spritzer aufzufangen.

Die Reaktion startet mit kurzer Zeitverzögerung.



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Entsorgung: Reste vorsichtig mit Wasser aufnehmen. Achtung, dies ist eine stark exotherme Reaktion! Lösung verwerfen.

Lösen von Chlorwasserstoff in Wasser - Springbrunnenversuch Geräte: Reagenzglas mit seitlichem Ansatz (30 mm) und passendem Lochstopfen,

Tropftrichter, Rundkolben (250 ml) mit doppelt durchbohrtem Stopfen, kurzes Glasrohr, kurzes ausgezogenes Glasrohr, 2 Schlauchstücke (ca. 20 cm und ca. 4 cm), passender Stopfen für Schlauchstück, Aktivkohlefilter, Becherglas (600 ml)

Chemikalien: konz. Schwefelsäure [C], Natriumchlorid, Universalindikator Sicherheitshinweise:

Konzentrierte Schwefelsäure ist eine stark ätzende Säure.

Chlorwasserstoff ist ein ätzend wirkendes Gas, überschüssiges Gas muss daher von dem Aktivkohlefilter adsorbiert werden.

Bei dem Versuch bildet sich ein Unterdruck. Es dürfen also nur Kolben verwendet werden, die für Arbeiten mit Unterdruck geeignet sind. Der Rundkolben darf keinerlei Beschädigungen aufweisen.

Durchführung:

Gasentwickler aufbauen.

In das Reagenzglas mit seitlichem Ansatz 2-3 Spatellöffel Natriumchlorid geben.

Etwa 10 ml konz. Schwefelsäure in den Tropftrichter füllen.

Rundkolben und Stopfenaufsatz müssen ganz trocken sein,

Rundkolben über Stopfenaufsatz gasdicht an den Gasentwickler anschließen.

An den zweiten Stopfenausgang Aktivkohlefilter montieren

Die Gasentwicklung starten, indem man die Schwefelsäure langsam auf das Natriumchlorid tropfen lässt.

Der Kolben ist mit Chlorwasserstoff gefüllt, wenn sich das Aktivkohlerohr leicht erwärmt.

Den Aktivkohlefilter von dem Stopfenaufsatz lösen und das Schlauchstück mit einem Stopfen verschließen. Sofort danach den Gasentwickler von dem Stopfenaufsatz lösen und den Aktivkohlefilter an den Gasentwickler anschließen (Siehe Skizze).

den Rundkolben umgekehrt in ein mit Wasser gefülltes Becherglas stellen, welches mit Universalindikator versetzt ist.



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Entsorgung: Den Rückstand im Gasentwickler vorsichtig mit Wasser verdünnen und neutralisieren. Reste verwerfen. Quelle: [1]

Reaktion von Bromiden und Iodiden mit Chlor oder Brom in

wässriger Lösung und Ausschütteln mit Benzin

Geräte: 3 Reagenzgläser (16 mm) im Reagenzglasständer mit passenden

Vollstopfen, Meßzylinder (10 ml), evtl. Pipette Chemikalien: 0,1 M Kaliumbromidlösung, 0,1 M Kaliumiodidlösung, Chlorwasser [Xn],

Bromwasser [T, Xi], Octan-Fraktion [F, Xn] Vorbereitende Arbeiten: Bromwasser von deutlich zitronengelber Farbe bereiten. Chlorwasser bereiten.



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Durchführung:

In ein Reagenzglas 5 ml Kaliumbromidlösung und in ein weiteres 5 ml Kaliumiodidlösung füllen.

Zu den beiden Lösungen jeweils 2,5 ml Chlorwasser geben.

Reagenzgläser mit einem Vollstopfen verschließen und kräftig schütteln.

Beobachten.

Den Versuch wiederholen, nur diesmal anstelle von Chlorwasser Bromwasser zugeben.

Das in den Ansätzen ausgetriebene Iod mit Benzin ausschütteln: Dazu auf die entsprechenden Lösungen im Reagenzglas etwa 5 mm hoch Benzin aufgeben, kräftig ausschütteln und Phasentrennung abwarten.

Beobachten und erklären. Entsorgung: Organische Phase abtrennen und im Behälter für organische Lösungsmittel sammeln, Wässrige Phase verwerfen. Quelle: [1]

Schwefel, Phosphor und deren Verbindungen


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Reaktion von Zink mit Schwefel Geräte: Dreifuß, Keramikdrahtnetz, Verbrennungslöffel, Spatellöffel, Mörser mit Pistill,

Porzellanschale, Sandbad, Reagenzglas, Waage Chemikalien: Zink-Staub [F, N], Schwefel, Salzsäure 6M [C], Bleiacetat-Papier Sicherheitshinweise: — Zink-Schwefel-Gemische können unter Umständen explosionsartig miteinander

reagieren. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Beschaffenheit der eingesetzten Substanzen ab.

— Die Reaktion muss hinter einer Schutzscheibe durchgeführt werden. — Bei der Verwendung neuer Substanzen sollte die Reaktion zunächst mit kleineren

Substanzmengen durchgeführt werden, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu ermitteln. Vorbereitende Arbeiten: — Evtl. klumpig gewordenes Zink- oder Schwefelpulver getrennt voneinander im Mörser zu

einem feinem Pulver verreiben. Durchführung: — In der Porzellanschale werden 6,4 g Schwefel Pulver und 13 g Zink-Staub mit dem

Spatel vorsichtig vermischt (beim Mischen nicht zu viel Druck ausüben). — Ein Keramikdrahtnetz auf einen Dreifuß legen und das Sandbad unterstellen. Zink-

Schwefel-Gemisch kegelförmig auf das Keramikdrahtnetz geben. — Die Spitze des Verbrennungslöffels in der Brennerflamme bis zur Rotglut erhitzen. — Die glühende Spitze an den Rand des kegelförmig aufgehäuften Gemisches halten und

warten bis die Reaktion startet. — Von dem Reaktionsprodukt eine Probe entnehmen und in ein Reagenzglas überführen.

Die Probe mit 6M Salzsäure versetzen und an die Öffnung einen angefeuchteten Streifen Bleiacetat-Papier halten.

— Beobachten.

Entsorgung: Festes Zinksulfid im Feststoff-Abfall für anorganische Feststoffe sammeln, die Lösung aus dem Reagenzglas im Behälter für Schwermetallsalzlösungen sammeln. Quelle: [13]

Abb.: Zink-Schwefel-Gemisch Abb.: Zinksulfid



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Reaktion von Kupfer mit Schwefel (1) Geräte: Dreifuß, Keramikdrahtnetz, Verbrennungslöffel, Spatellöffel, Mörser mit Pistill,

Sandbad, Waage Chemikalien: Kupfer-Pulver, Schwefel Durchführung: — In einem Mörser werden 6,4 g Schwefel Pulver und 12,6 g Kupfer-Pulver vorsichtig

vermischt (beim Mischen nicht zu viel Druck ausüben). — Einen Dreifuß mit Keramikdrahtnetz aufbauen und ein Sandbad unterstellen. — Das Gemisch kegelförmig auf ein Keramikdrahtnetz geben. — Die Spitze des Verbrennungslöffels in der Brennerflamme bis zur Rotglut erhitzen. — Die glühende Spitze an den Rand des kegelförmig aufgehäuften Gemisches halten und

warten bis die Reaktion startet.

Entsorgung: Kupfersulfid im Feststoff-Abfall für anorganische Feststoffe sammeln. Quelle: [11]

Reaktion von Kupfer mit Schwefel (2) Geräte: Reagenzglas, Reagenzglasklammer, Spatellöfel, Uhrglas, Pinzette Chemikalien: Schwefel, Kupferblech, Watte Durchführung:

1 Spatellöffel Schwefel in das Reagenzglas geben.

In die Mitte des Reagenzglases einen Kupferblechstreifen (etwa 1 x 4 cm) positionieren und das Reagenzglas mit einem Wattebausch verschließen.

Das Kupferblech stark erhitzen.

Schwefel durch erhitzen verdampfen.

Falls die Reaktion nicht startet, nochmals das Kupferblech erhitzen.

Beobachten.

Nach leichtem abkühlen den Streifen mit einer Pinzette auf ein Uhrglas legen und zerdrücken.

Betrachten und beobachten.

Abb.: Kupfer-Schwefel-Gemisch Abb.: Kupfersulfid



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Entsorgung: Kupfersulfid im Feststoff-Abfall für anorganische Feststoffe sammeln. Quelle: [2]

Reaktion von konzentrierter Schwefelsäure mit Kohlenhydraten Geräte: Becherglas (250 ml, hohe Form), Glasstab, große Kristallisierschale, Chemikalien: konz. Schwefelsäure [C], Zucker, Wasser Sicherheitshinweise:

Schwefelsäure ist eine stark ätzende Säure, Augen- und Hautkontakt sind unbedingt zu vermeiden.

Bei der Reaktion bilden sich stechend riechende Gase, ein Arbeiten im Abzug ist daher zu empfehlen.

Durchführung:

Das Becherglas zu 1/3 mit Zucker füllen und in eine Kristallisierschale stellen.

Den Zucker mit etwas Wasser befeuchten und gut durchrühren.

Soviel konz. Schwefelsäure zugeben, bis alles gut benetzt ist und nochmals gut durchrühren.

Die Reaktion setzt mit einer kurzen Zeitverzögerung ein.

Beobachten.

(Der Versuch kann auch in einer anderen Variante durchgeführt werden. In dieser erfolgt die Durchführung in einem schräg eingespannten Reagenzglas (30 mm). Unter die Öffnung des Reagenzglases wird die Kristallisierschale zum Auffangen des Reaktionsproduktes gestellt. Ansonsten erfolgt die Durchführung wie oben beschrieben.)

Entsorgung: Produkt gut mit Wasser auswaschen. Küchensieb benutzen! Anschließend im Hausmüll entsorgen. Quelle: [1]



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Verbrennen von rotem Phosphor – Darstellung von Phosphorsäure Geräte: Erlenmeyerkolben mit passendem Stopfen und daran befestigtem

Verbrennungslöffel, Brenner, Spatellöffel Chemikalien: roter Phosphor [F, N], Universalindikator Durchführung:

In den Erlenmeyerkolben ca. 1 cm hoch Leitungswasser einfüllen und einige Tropfen Universalindikator zufügen (Grünfärbung).

Auf den im Stopfen eingepassten Verbrennungslöffel eine Spatelspitze Phosphor geben, entzünden und den Erlenmeyerkolben damit gasdicht verschließen.

Beobachten.

Nach abgeschlossener Verbrennung den Erlenmeyerkolben leicht schwenken, um das Reaktionsprodukt im Wasser zu lösen.

Beobachten. Entsorgung: Den Erlenmeyerkolben unter dem Abzug oder im Freien öffnen und gut ausgasen lassen. Reste in dem Verbrennungslöffel vollständig verbrennen. Quelle: [2]

Phosphat-Nachweis als Molybdänblau Vorbereitende Arbeiten: Herstellen der Reagenzlösungen — Molybdat-Lösung:

2,5 g Ammoniummolybdat in 100 ml Schwefelsäure (25 %ig) lösen. Die Lösung mit Wasser auf ein Gesamtvolumen von 250 ml verdünnen.

— Zinn(II)-chlorid-Lösung: 2,5 g wasserfreies Zinn(II)-chlorid in 100 ml Glycerin lösen.

Geräte: Reagenzglas, Spatel Pipette Chemikalien: Phosphathaltige Probe, Molybdat-Lösung [C], Zinn(II)-chlorid-Lösung Durchführung: — In einem Reagenzglas etwas von der phosphathaltigen Probe lösen. — 10 Tropfen Molybdat-Lösung und 1 Tropfen Zinn(II)-chloridlösung zu der Probe geben. — Farbe der Lösung betrachten. Einige methodische und fachliche Bemerkungen: Phosphat-Ionen bilden mit der schwefelsauren Molybdatlösung Molybdophosphorsäure.

PO43- + 12(NH

4)2MoO

4 + 27H+ H

3 P(Mo

3O

10 )

4 + 12H

2O + 24NH

4+

Durch die Zugabe von Sn

2+-Ionen wird die Molybdophosphorsäure zu Molydänblau reduziert.

In der Molybdophosphorsäure liegt das Molybdän in der Oxidationsstufe +VI vor. Durch den



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Einfluß von Sn2+

wird es teilweise zu Molybdän (IV) reduziert. Molybdänblau ist ein kompliziert strukturiertes Mischoxid, in der Molybdän in den Oxidationsstufen +IV und +VI vorliegt.

Sn2+ + Mo6+ Sn4+ + Mo4+

(Da Sn

2+ in wässriger Lösung unbeständig ist, wird es für die Reagenzlösung in Glycerin

gelöst.) (Quelle: Kaus, Björn; Entwickeln und Erproben von Einsatzmöglichkeiten der Wasseruntersuchungskoffer AQUANAL-EduCase und AQUANAL-Ökotest für den Chemieunterricht der Haupt- und Realschule) Entsorgung: Reste im Behälter für Schwermetallsalze sammeln. Quelle: [12]

Austreiben von weißem Phosphor aus den Reibeflächen von

Zündholzschachteln Geräte: Reagenzglas, Reagenzglashalter, langer Holzspan oder Pinzette, Brenner,

evtl. Schere Chemikalien: Reibeflächen von Streichholzschachteln, Glaswolle oder Watte Sicherheitshinweise:

Weißer Phosphor ist sehr giftig und leicht entzündlich. Hautkontakt ist zu vermeiden! 0,1 g weißer Phosphor in den Magen gebracht wirkt tödlich.

Durchführung:

Reibeflächen in schmale Streifen schneiden.

Ein Reagenzglas bis etwa zur Hälfte dicht mit Reibeflächen füllen.

Einen Bausch Glaswolle in ca. 2 cm Abstand von den Reibeflächen positionieren.

Die Reibeflächen erhitzen, bis das Papier stark verkohlt ist.

(Nach Möglichkeit den Raum etwas abdunkeln.)

Den Glaswollebausch mit Hilfe eines Holzspanes oder einer Pinzette aus dem Reagenzglas herausziehen.

Beobachten und erklären. Entsorgung: Phosphorreste im Reagenzglas, auf der Pinzette und auf dem Glaswollebausch unter dem Abzug vollständig abbrennen lassen (es entsteht nicht so viel Phosphor, dass er mit Kupfersulfatlösung umgesetzt werden müsste; diese Lösung wäre dann in den Sammelbehälter „Schwermetallsalzlösungen“ zu geben). Die abgekühlten Feststoffreste sind zu verwerfen. Quelle: [1]

Kohlenstoff - Verbindungen des Kohlenstoffs


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Kohlenstoff – Verbindungen des Kohlenstoffs

Herstellen von Kalkmörtel Geräte: Pozellanschale, Spatellöffel, 1 Blatt Papier Chemikalien: Sand, Calciumoxid [Xi], Wasser Sicherheitshinweise:

Bei der Zugabe von Wasser zu Calciumoxid („Löschen von Branntkalk“) kann sich das Gemisch stark erhitzen und spritzen.

Durchführung:

3 Raumteile Calciumoxid mit 1 Raumteil Sand in der Porzellanschale vermischen.

Tropfenweise Wasser zu dem Gemisch geben und mit dem Spatellöffel verrühren, bis sich eine formbare Masse bildet.

Den Kalkmörtel auf ein Blatt Papier geben und über Nacht aushärten lassen. Entsorgung: Kalkmörtel für spätere Versuche aufbewahren (z.B. für den Versuch „Wirkung von saurem Regen auf Bauwerke“).

Kalkbrennen und Löschen von Branntkalk Geräte: Tiegelzange, Uhrglas, 2 Reagenzgläser (16 mm) im Reagenzglasständer,

Brenner Chemikalien: 2 Marmorstücke, Phenolphthaleinlösung [F], Wasser Durchführung:

Zwei nahezu gleich aussehende Stückchen Marmor (sie müssen ins Reagenzglas passen!) heraussuchen und betrachten.

Ein Marmorstückchen auf ein Uhrglas legen.

Das andere Marmorstückchen in die Tiegelzange nehmen und in der rauschenden Brennerflamme ca. 1-2 Minuten gut durchglühen.

Das gut abgekühlte Stückchen Marmor betrachten, mit dem Marmorstückchen auf dem Uhrglas vergleichen und beschreiben.

Ein Reagenzglas nahezu vollständig mit Wasser füllen und etwa 7 Tropfen Phenolphthaleinlösung zugeben.

Die Lösung durch mehrmaliges Umgießen in ein weiteres Reagenzglas gut durchmischen und schließlich gleichmäßig auf beide Reagenzgläser verteilen.

Das gebrannte und das ungebrannte Marmorstückchen in jeweils eines dieser Lösungsansätze geben, beobachten und erklären.


Mamorstückchen



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Entgasung der Kohle Geräte: Reagenzglas (16 mm) mit passendem Lochstopfen, Reagenzglas (16 mm)

mit seitlichem Ansatz und passendem Lochstopfen, Gaseinleitungsrohr mit langem Schenkel, Winkelrohr mit „Flammenfalle“, Schlauchstücke, Stativmaterial, Becherglas (250 ml, hohe Form), Porzellanschale, Brenner

Chemikalien: Kohlestückchen, Eis, Wasser, evtl. Kochsalz Sicherheitshinweise:

Das entstehende Kondensat kann toxische Stoffe enthalten.

Die Apparatur sollte zum Abbauen in einen Abzug gestellt werden, damit die Geruchsbelästigung nicht zu groß wird.

Durchführung:

Das Reagenzglas ca. 2 cm hoch mit Kohlestückchen füllen.

Die Apparatur nach der Skizze aufbauen.

Die Kohlestückchen zur Rotglut erhitzen.

Die entstehenden Gase am Gasableitungsrohr entzünden.

Wenn sich im Behelfskühler Flüssigkeit angesammelt hat, die Apparatur abkühlen lassen. Aufgrund des Auftretens stark riechender Gase ist dazu die Apparatur nach abgeschlossener Reaktion sofort im Abzug abzustellen.

Die flüssigen Entgasungsprodukte auf Brennbarkeit prüfen. Dazu das Reagenzglas mit Ansatz über einer Porzellanschale so neigen, dass die Flüssigkeit zur Reagenzglasöffnung läuft und dort entzündet werden kann. Achtung, das Ansatzrohr muss nach oben ragen! Sind mehrere Milliliter Flüssigprodukt entstanden, kann diese Menge auch in eine Porzellanschale gegossen und dort auf Brennbarkeit geprüft werden.

Einige methodische und fachliche Bemerkungen: Das Entgasen bitumenhaltiger Substanzen unter Luftabschluss bei 400 - 700°C bezeichnet man als Schwelen. Das Schwelen stellt eine physikalisch-chemische Veredlung von Stein- oder Braunkohle dar und bezweckt eine möglichst schonende Gewinnung aller flüchtigen Produkte aus der Kohle. Dabei soll außerdem Koks gewonnen werden, der leicht entzündbar ist, rauchfrei brennt und dabei eine große Wärmemenge liefert, der Steinkohlenkoks bzw. der Braunkohlenhochtemperaturkoks (BHT-Koks). Zu den aus Braunkohle gewonnenen flüchtigen Verbindungen gehören: — Schwelteer, der einen hohen Paraffinanteil aufweist, weil beim Schwelen Überhitzung und

damit Bildung zyklischer Produkte weitgehend vermieden wird. — Leichtöle, aus denen durch entsprechende destillative Aufarbeitung Treibstoffe gewonnen

werden.



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— Schwelgas, das brennbar ist und Heizzwecken dient; außerdem gewinnt man hieraus Schwefel.

— Schwelwasser, das merkliche Mengen der wertvollen Phenole enthält. Entsorgung: Das Kondensat vollständig verbrennen. Die Apparatur kann nicht mit Wasser gereinigt werden! Sie lässt sich mehrfach wiederverwenden. Die Geräte ggf. mit Aceton ausspülen und anschließend mit warmer Spülmittellösung reinigen. Aceton im Behälter für organische Lösungsmittelabfälle sammeln. Reagenzgläser mit Kohle an gut belüftetem Ort für spätere Versuche aufbewahren. Quelle: [1]

Vergasung der Kohle Geräte: Reagenzglas mit seitlichem Ansatz (30 mm) und passendem Lochstopfen,

Winkelrohr mit langem Schenkel, Quarzverbrennungsrohr mit passendem Lochstopfen, Glasrohrstücke, Schlauchstücke, Drahtnetz, Stativmaterial, Gebläse, 1-2 Brenner, Spatellöffel

Chemikalien: Aktivkohle gekörnt, Glaswolle, Tonscherben, Wasser Durchführung:

Montage der Apparatur nach Skizze.

Das Reagenzglas mit Wasser zu 1/3 füllen und vor das Reaktionsrohr schalten.

Das Wasser bis zum Sieden erhitzen.

Gebläse einschalten und die Aktivkohle punktförmig am oberen Rand bis zur Rotglut erhitzen.

Mit der Zeit genügt es nur noch das Wasser zu erhitzen, die Kohle glüht dann selbstständig durch.

Das entstehende Gas abbrennen. (Die Flamme lässt sich über die Luftzufuhr regeln. Eine stabile Flamme zu erhalten ist schwierig, aber es gelingt.)

Erklären



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Einige methodische und fachliche Bemerkungen: Wegen des hohen zeitlichen und organisatorischen Aufwandes und seines vergleichsweise geringen Kenntnis- und Könnenspotentials wird im „normalen“ Unterrichtsalltag kaum der Raum sein, diesen Versuch durchzuführen. Da hier aber das technologische Prinzip eines Winklergenerators praxisnah demonstriert wird, ist das Experiment für die Behandlung chemisch-technologischer Verfahren im projektorientierten Unterricht durchaus geeignet. Entsorgung: Aktivkohlereste und Tonscherben für spätere Versuche aufbewahren. Quelle: [1]

Reaktion von Carbonaten mit verschiedenen Säuren; Nachweisen

des Kohlendioxid Geräte: je Probe: 1 Reagenzglas (16 mm) mit passendem Lochstopfen und

Gärröhrchen im Reagenzglasständer, Spatel, evtl. Pipette Chemikalien: carbonathaltige Stoffe, verd. Säure (Salz-[C], Schwefel-[C], Essigsäure [C],

ges Calciumhydroxidlösung [Xi] Durchführung:

Carbonathaltige Stoffe (Mörtel, Kalkstein, Backpulver, Boden) von max. 1 cm Füllhöhe (= 3 Spatelspitzen) in ein Reagenzglas einbringen.

Gärröhrchen mit Kalkwasser befüllen.

Zu jeder Probe im Reagenzglas etwa 2 ml Säure geben und das vorbereitete Gärröhrchen sofort aufsetzen. Beobachten, beschreiben und erklären.

Entsorgung: Reste verwerfen, Feststoffreste vorher evtl. abfiltrieren. Quelle: [1]



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Wirkung von “Saurem Regen” auf Bauwerke Geräte: je Baustoffprobe 1 Uhrglasschälchen, Pipette

Chemikalien: Proben verschiedener Baustoffe (z.B. Marmor, Kalkstein, abgebundener

Mörtel), 5 M Schwefelsäure [C] Vorbereitende Arbeiten: Prüfstücke aus Kalkmörtel herstellen. Dazu etwa 3 Raumteile Calciumoxid (= Branntkalk) mit 1 Raumteil Sand vermengen. Tropfenweise so viel Wasser zugeben, bis eine modellierfähige Masse entsteht. Daraus Prüfstücke formen, aushärten lassen und aufbewahren. Durchführung:

Die zu testenden Proben von Baustoffen (Marmor-, Kalkstein-, Mörtelstücke usw.) auf je ein Uhrglas bringen.

Auf jede Probe 1 Pipette (= ca. 2 ml) Schwefelsäure (“Saurer Regen”) geben.

Gasentwicklung und Konsistenz der Baustoffe prüfen. (Evtl. die eingesetzte Schwefelsäure mittels Unitestpapier als Säure identifizieren.)

Hinweis: Durch “Sauren Regen” werden Baustoffe wie Marmor, Kalkstein, Mörtel usw. zersetzt. Prinzipiell lässt sich für diesen Versuch auch eine verdünntere Schwefelsäure einsetzen. Aufgrund der geringeren Konzentration zeigen sich dann aber nur in einem Langzeitexperiment brauchbare Ergebnisse. Als Argument für den Einsatz einer relativ hochkonzentrierten Säure bei diesem Versuch sollte die Notwendigkeit der Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit unter Laborbedingungen herangezogen werden. Entsorgung: Baustoffproben über Sieb mit Wasser waschen. Lösungsreste in den Behälter für Schwermetallsalzlösungen geben. Die gewaschenen Baustoffproben mit dem Hausmüll entsorgen. Quelle: [6]

Nachweisen der Verbrennungsprodukte in den Verbrennungsgasen

einer Kerze Geräte: 2 Gaswaschflaschen, Erlenmeyerkolben (300 ml, Weithals) mit

Stopfeneinsatz, 1 Becherglas (250 ml, hohe Form), Schlauchstücke, Glasrohrstücke, Winkelrohr mit langem Schenkel, Uhrohr aus Glasbiegerohr (= Kondenswasserfalle), Wasserstrahlpumpe, Korkunterlagen oder Holzbretter, Zündflamme

Chemikalien: ges. Calciumhydroxidlösung [Xi], Kerze, Eis, Wasser, evtl. Kochsalz Durchführung:



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Die Waschflaschen bis jeweils ca. 1 cm oberhalb des Gaseinleitungsrohres mit Calciumhydroxidlösung füllen, Apparatur nach Skizze montieren und Standsicherheit gewährleisten!

Durch Einschalten der Wasserstrahlpumpe Funktion testen.

Kerze entzünden und Erlenmeyerkolben dicht in Stopfeneinsatz drehen.

Beobachten.

Nach ca. 2-3 min Laufzeit Wasserstrahlpumpe abstellen, das U-förmig gebogene Glasbiegerohr vorsichtig demontieren, betrachten und demonstrativ entleeren. Erklären.

Entsorgung: Reste verwerfen. Quelle: [1]

Darstellen und Eigenschaften von Kohlenmonoxid

Einige methodische und fachliche Grundlagen: Für Kohlenmonoxid sind auch die Bezeichnungen „Kohlenstoffmonoxid“ und „Kohlenstoffmonooxid“ üblich. Geräte: Reagenzglas mit seitlichem Ansatz (30 mm) und passendem Lochstopfen,

Tropftrichter, Gasableitungsrohr, Schlauchstücke, Stativmaterial, große Kristallisierschale oder pneumatische Wanne, 2 Erlenmeyerkolben (100 ml) mit passendem Stopfen, Aktivkohlefilter, Holzspäne, Zündflamme

Chemikalien: konz. Methansäure [C], konz. Schwefelsäure [C], Calciumhydroxidlösung [Xi] Sicherheitshinweise:

Kohlenmonoxid ist ein farb- und geruchloses giftiges Gas, das Arbeiten im Abzug ist erforderlich.

Kohlenmonoxid erzeugt beim Einatmen keine Reizwirkung.

Kohlenmonoxid ist zudem leichtentzündlich. Durchführung:

In das Reagenzglas mit seitlichem Ansatz etwa 3 ml Schwefelsäure geben.

Den Tropftrichter mit Hilfe des Lochstopfens auf das Reagenzglas mit seitlichem Ansatz montieren.

Etwa 10 ml Methansäure in den Tropftrichter füllen und langsam die Methansäure zur Schwefelsäure tropfen lassen.



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Die einsetzende Reaktion ist abzuwarten! Das kann ein paar Minuten dauern. Evtl. kann mit der Flamme eines Feuerzeugs ganz kurz erwärmt werden.

Je nach Reaktionsheftigkeit weiter tropfenweise Methansäure zugeben.

Das entweichende Gas fängt man im Erlenmeyerkolben pneumatisch auf (möglichst 2 Erlenmeyerkolben 100 ml befüllen).

Nach abgeschlossener Gasentnahme das Gasableitungsrohr mit einem Aktivkohlerohr verschließen.

Die Eigenschaften des Kohlenmonoxids untersuchen.

Dazu in eine Gasportion einige Tropfen Calciumhydroxidlösung geben, sofort wieder verschließen, schütteln, betrachten und abstellen.

Einen brennenden Holzspan an die Öffnung eines weiteren Kolbens mit Kohlenmonoxid halten, die Flammeneigenschaften beachten und den Kolben anschließend sofort wieder verschließen. Eine äquivalente Portion Calciumhydroxidlösung zugeben und einschütteln. Vergleichend beobachten und erklären.

Entsorgung: Reste vorsichtig mit Wasser verdünnen und im Behälter für saure Lösungen sammeln. Quelle: [2]

Reduzieren von Kohlendioxid mit Magnesium Geräte: Standzylinder mit Abdeckplatte, Verbrennungslöffel, Trichter, Stativmaterial,

Becherglas (100 ml), Papierfilter Chemikalien: 2M Salzsäure [C], Kohlendioxid, Magnesiumspäne [F] Sicherheitshinweise: — Die Reaktion ist mit einer sehr hellen Lichterscheinung verbunden, es sollte nicht direkt in

die Flamme geschaut werden. — Durchführung: — Einen Standzylinder trocken mit Kohlendioxid befüllen. — Magnesiumspäne auf einem Verbrennungslöffel mit dem Brenner entzünden und tief in

die Kohlendioxidatmosphäre eintauchen. — Nach Beendigung der Reaktion den Inhalt von Verbrennungslöffel und Standzylinder in

2 M Salzsäure lösen. — Die Salzsäure mit den gelösten Reaktionsprodukten filtrieren. — Den Filterrückstand betrachten. Erklären. Entsorgung: Lösung im Behälter für Schwermetallsalzlösungen sammeln. Quelle: [1]

Metalle, Metalloxide, Metallhydroxide


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Modellexperiment zur Herstellung von Roheisen Geräte: Reagenzglas (16 mm, Duran), Stativmaterial, Porzellanschale, Reibschale

mit Pistill, 1-2 Brenner, Magnet in ein Blatt Papier eingewickelt, Spatellöffel, Drahtnetz

Chemikalien: Eisen(III)-oxid, Calciumchlorid (getrocknet) [Xi],

Kaliumpermanganat [O, Xn, N], Holzkohlepulver, Sand Sicherheitshinweise:

Der Versuch läuft bei sehr hohen Temperaturen ab. Evtl. zerspringt das Reagenzglas während des Versuches, daher ist eine Porzellanschale zur Sicherheit unterzustellen.

Die entweichenden Gase enthalten Kohlenmonoxid, es ist daher für eine gute Belüftung des Raumes zu sorgen.

Durchführung:

Kaliumpermanganat fein pulvern und 2 cm hoch in das Reagenzglas füllen.

1 cm Sand überschichten.

3 Raumteile Holzkohlepulver mit 3 Raumteilen Eisen(III)-oxid und 1 Raumteil gepulvertem, getrocknetem Calciumchlorid sorgfältig mischen, 2-3 cm hoch auf den Sand schichten; das obere Drittel des Reagenzglases muss leer bleiben.

Das Reagenzglas senkrecht einspannen, eine Porzellanschale unterstellen und als Staubschutz ein Drahtnetz über die Reagenzglasöffnung montieren.

An der Grenzschicht Reaktionsgemisch/Sand zunächst von der Seite das Eisen(III)-oxid/Holzkohlegemisch mit rauschender Flamme bis zur Rotglut erhitzen. Vorsicht, Gemisch wirbelt auf! Das Herauswirbeln vermeiden!

Durch wiederholtes Schwenken mit der Brennerflamme auf das Kaliumpermanganat Sauerstoff austreiben und damit die Reaktion steuern. Das Reaktionsgemisch muss gleichmäßig durchglühen.

Nach dem Abkühlen den Reagenzglasinhalt auf magnetisches Eisen untersuchen.

Entsorgung: Kaliumpermanganat von dem übrigen Reagenzglasinhalt trennen und im Abfall für Kaliumpermanganatreste sammeln. Den Rest verwerfen. Quelle: [1]



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Messingbildung – „Vergolden“ einer Kupfermünze Geräte: Abdampfschale oder Becherglas, Dreifuß mit Keramikdrahtnetz,

Tiegelzange oder Pinzette, Brenner, Zewa-Tücher Chemikalien: Zinkstaub [F], 30 %ige Natronlauge [C], Kupfer-Blech (Münze), Wasser Sicherheitshinweise:

Konzentrierte Natronlauge ist stark ätzend. Beim erhitzen der Natronlauge-Zink-Suspension besteht Spritzgefahr.

Die zum Polieren benutzten Tücher dürfen nicht weggeworfen werden. Auf ihnen befindet sich Zink in fein verteilter Form, so dass es zur Selbstentzündung kommen kann. Die Tücher müssen im Abzug oder im Freien kontrolliert verbrannt werden.

Durchführung:

Eine Suspension von Natronlauge und Zinkstaub auf etwa 50 °C erwärmen. Es muss ein Bodensatz von Zinkstaub vorhanden sein.

In die warme Suspension eine Kupfermünze legen. Die Münze sollte im Kontakt mit dem Bodensatz sein.

Wenn sich ein silberner Überzug gebildet hat, die Münze aus dem Bad herausnehmen,

abspülen, von anhaftendem Zink befreien und die Oberfläche ggf. mit einem Tuch vorsichtig polieren.

Die silberne Münze in die Brennerflamme halten, bis sie golden anläuft. Erklären.

Entsorgung: Natronlauge abdekantieren und im Behälter für Laugenabfälle sammeln. Zink in einer Säure auflösen und diese Lösung im Behälter für Schwermetallsalzlösungen sammeln.

Quelle: [7]

Experiment zum aluminothermischen Schweißen Geräte: Blumentopf aus Ton, Eisenschale, 2 Mörser mit Pistill, Pipette, Tiegelzange,

2 Stativringe, Blatt Papier, Hammer, Magnet

Chemikalien: Eisen(III)-oxid (rot), Aluminiumgrieß [F],

für die Zünder-Variante 1:



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Aluminiumpulver [F], Schwefel, Kaliumpermanganat [O, Xn, N], Glycerin für die Zünder-Variante 2: Bariumperoxid [O, Xn], Magnesiumpulver [F], Magnesiumband [F], Brenner

Sicherheitshinweise: — Das Experiment verläuft sehr exotherm. Bei der Reaktion kommt es zu weitem

Funkenflug, der Versuch darf daher nur im Freien durchgeführt werden. — Die bei der Reaktion erreichten Temperaturen sind sehr hoch (Schmelzpunkt von Eisen:

1530 °C), es besteht Verbrennungsgefahr. — Für das Zündgemisch müssen Kaliumpermanganat und Schwefel pulverisiert vorliegen.

Sollten die Stoffe zu grob sein müssen sie getrennt voneinander verrieben werden. Die beiden Stoffe dürfen auf keinen Fall zusammen in einer Reibschale verrieben werden, dabei besteht Explosionsgefahr.

— Der verwendete Blumentopf darf nicht feucht sein. Feuchte Töpfe können bei der Reaktion explodieren. Gegebenenfalls muss der Topf vor der Reaktion im Trockenschrank getrocknet werden.

Durchführung: — Thermitgemisch aus 81 g Eisen(III)-oxid und 27 g Aluminiumgrieß herstellen. — Den Blumentopf sicher am Stativ fixieren. Dazu zwei Stativringe verwenden: Einen

Stativring um den Topf und einen unter den Topf. — Das Loch des Tontopfes mit Papier abdecken und das Thermitgemisch einfüllen. — Die Zündmischung herstellen:

Dazu auf ein Blatt Papier 2 Raumteile Schwefelpulver, 1 Raumteil Aluminiumpulver, ½ Raumteil Kaliumpermanganatpulver geben.

— Durch Abrollen mischen. VORSICHT! Explosionsgefahr! Stoß und Schlag ausschließen, Reibung minimieren!

— In das Thermitgemisch eine Vertiefung (evtl. mittels Pistill) drehen und in diese das Zündgemisch gleiten lassen.

— Noch einmal 1 Raumteil Kaliumpermanganatpulver darauf geben. — Oben auf das Kaliumpermanganatpulver eine kleine Vertiefung formen. — Die Apparatur im Freien sicher abstellen. Bodenbeschaffenheit und Windrichtung

beachten! — Eine Eisenschale mit Sand füllen und eine kleine Vertiefung in den Sand drücken. — Das Sandbad unter den Topf stellen. — Eine Pipette etwa zur Hälfte mit Glycerin füllen, zügig in die Vertiefung im

Kaliumpermanganatpulver entleeren und von der Apparatur zurücktreten. — Beobachten.

Abb.: Zugabe von Glycerin Abb.: Reaktionsverlauf Abb.: Glühender Regulus



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— Nach dem Abkühlen das Reaktionsprodukt mit einem

Hammer zerschlagen und mit einem Magneten die Eigenschaften prüfen.

— (Hinweis: Als Zündgemisch kann auch eine Mischung aus Bariumperoxid und Magnesiumpulver (1:1) verwendet werden. Dieses Gemisch wird mit einem brennendem Stück Magnesiumband gezündet, welches vor dem Entzünden tief in das Zündgemisch gesteckt wird.)

Entsorgung: Das mit dem Zündgemisch behaftete Papier sowie Reste davon müssen sofort nach Beendigung des Experiments verbrannt werden! Den Reaktor im Abzug oder im Freien gut abkühlen und ausgasen lassen, anschließend mit dem Hausmüll entsorgen. Quelle: [1]

Reduzieren von Kupfer(II)-oxid mit Wasserstoff Geräte: Reagenzglas mit seitlichem Ansatz (30 mm) und passendem Lochstopfen,

Tropftrichter, Stativmaterial, Schlauchverbindungsstücke, Glasbiegerohr (ca. 20 cm lang), Gasableitungsrohr mit Flammenfalle, Spatellöffel, evtl. Glaswolle und Holzspan, 3 Reagenzgläser (16 mm)

Chemikalien: Kupfer(II)-oxid (Drahtform) [Xn], Zink-Granalien, 6M Salzsäure [C],

Kupfersulfat [Xn], Kupfersulfat wasserfrei [Xn], Kupferwolle Sicherheitshinweise: — Es besteht die Gefahr der Knallgasbildung. Die Apparatur muss luftfrei gespült werden,

was mit der Knallgasprobe zu prüfen ist. — Beim Auffangen von Wasserstoff auf „trockenem Wege“ muss bei der Durchführung der

Knallgasprobe unbedingt mit zwei Reagenzgläser im Wechsel gearbeitet werden. Ansonsten besteht die Gefahr, dass die Wasserstoffflamme im Reagenzgls das Knallgas in der Apparatur entzündet.

— Durchführung: — Gasentwickler zur Wasserstoffsynthese aufbauen. — Ein Glasrohr von der einen Seite ca. 3 cm breit mit Kupfer(II)-oxid in Drahtform

beschicken. — Von der anderen Seite wird ca. 2 cm breit entwässertes Kupfersulfat eingebracht. — Das Verbrennungsrohr wird entsprechend der Skizze an den Gasentwickler

angeschlossen und ein Gasableitungsrohr mit Flammenfalle montiert. — Die Wasserstoffentwicklung wird in Gang gesetzt. — Die Knallgasprobe durchführen. — Erst nachdem mehrfach gezeigt werden konnte, dass sich in der Apparatur reiner

Wasserstoff befindet, wird der Wasserstoff oberhalb der Flammenfalle entzündet.

Abb.: Magnetische Eigenschaften



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— Nun wird das Kupfer(II)-oxid bis zur Rotglut erhitzt. Die Wasserstoffflamme wird dabei beobachtet.

— Nach dem Löschen des Brenners läuft die Reaktion selbständig weiter. — Das Kupfer(II)-oxid im Wasserstoffstrom erkalten lassen. — Den Inhalt des Glasrohres betrachten.

(Hinweis: Wird mit Halbmikrotechnik gearbeitet, kann für die Wasserstoffsynthese auch ein Gasentwickler verwendet werden, der sofort mit einem Vollstopfen verschlossen wird (siehe Abbildung). Die Gefahr der wiederholten Knallgasbildung am Versuchende ist damit minimiert. Da hierbei aber die Reaktionsheftigkeit durch den Säurezulauf nicht reguliert werden kann und damit die Gefahr des Überkotzens besteht, ist dieser Aufbau für die Arbeit mit Makrotechnik nicht zu empfehlen.) Entsorgung: Kupfer verwerfen. Zink von der Salzsäure abtrennen, gründlich mit Wasser waschen und für weitere Gasentwicklungen aufbewahren. Salzsäure und Kupfersulfat im Behälter für Schwermetallsalze sammeln. Einige methodische und fachliche Bemerkungen: Vor einer Knallgasexplosion in einer Apparatur schützt die “Flammenfalle”. Sie hat die Aufgabe, das Zurückschlagen einer Flamme in die Apparatur zu verhindern, wenn sich in ihr durch eine Undichtheit ein Knallgasgemisch gebildet hat. Die “Flammenfalle” besteht aus einem gasdurchlässigen, lockeren Material mit sehr guter Wärmeleitfähigkeit, z.B. Kupferwolle, das an bestimmten Stellen der Apparatur eingebaut wird. Das Material besitzt eine große Oberfläche, die Energie aus der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff aufnimmt, was zu einem Abbruch der Kettenreaktion führt (“Wandeleffekt”). Quelle: [1]



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Erstellen einer elektrochemischen Spannungsreihe Geräte: Blechstreifen verschiedener Metalle (Silber, Kupfer, Blei, Zinn, Zink),

5 Bechergläser (ca. 100 ml), Spritzflasche, Papier-Küchentücher, feines Sandpapier oder Schleifleinen, Becherglas (ca. 400 ml)

Chemikalien: 0,1M Lösungen von: Silbernitrat [Xi], Kupfersulfat [Xn], Bleinitrat (O, T],

Zinnchlorid [C], Zinksulfat [Xi] Durchführung: — Fülle geordnet zu jeder Metallelektrode die passende Metallsalzlösung in ein Becherglas

ab. — Tauche der Reihe nach jede blank geputzte Metallelektrode in jede Metallsalzlösung und

beobachte. — Notiere, an welchem Elektrodenmaterial sich welches Metall aus der Lösung abscheidet.

Fertige dazu eine Tabelle an. Erkläre. Schreibe schließlich die untersuchten Materialien entsprechend ihrer Stellung in der elektrochemischen Spannungsreihe auf.

— (Hinweis: Lasse die Elektroden nie länger als nötig in der Lösung! Reinige die Elektroden nach jedem Einsatz immer wieder gründlich. Spritze sie dazu intensiv mit Wasser ab und reibe sie anschließend trocken. Beseitige Beläge sofort mit Sandpapier und Schleifleinen.)

Entsorgung: Bleche und Lösungen können mehrfach verwendet werden. Schließlich sind die Lösungen im Behälter für Schwermetallsalzlösungen zu sammeln. Die gereinigten Bleche für den späteren Einsatz aufbewahren.

Gesetzmäßigkeiten der Chemie – Thermodynamik, Kinetik, Elektrochemie


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Gesetzmäßigkeiten der Chemie –

Thermodynamik, Kinetik, Elektrochemie Einige methodische und fachliche Bemerkungen: Diese Versuche lassen sich mittels Overheadprojektion besonders gut demonstrieren. Vergessen Sie nicht, zunächst eine Schutzfolie auf dem Projektor zu fixieren! Nicht alle Glasgefäße sind zur Overheadprojektion geeignet. Bevorzugen Sie Glasgefäße mit total planem Boden (Petrischalen, Glasküvetten usw.). Und: Nicht alle Experimente sind gleichermaßen gut zur Overheadprojektion geeignet!

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration

Geräte: 3 Petrischalen-Hälften, Folienschreiber, Overheadprojektor, Schleifpapier,

Schere, evtl. Stoppuhr Chemikalien: Magnesiumband [F], Schwefelsäure unterschiedlicher Konzentration: 0,5 M,

1 M, 1,5 M [C] Durchführung: — Die Petrischalenhälften auf den Projektor stellen und beschriften. — Die Schwefelsäure entsprechender Konzentration (0,5 M bzw. 1 M bzw. 1,5 M) einfüllen. — Das Magnesiumband blank schmiergeln und in gleich große Stücke schneiden (etwa 2 x

2 mm). — Jeweils einen Magnesiumspan gleichzeitig in die Säuren einbringen. — Die Zeit bis zur vollständigen Auflösung des Magnesiums ermitteln. Evtl. Stoppuhr

benutzen. Erklären.

Entsorgung: Schwefelsäurereste im Behälter für Schwermetallsalzlösungen sammeln. Quelle: [1]

Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur Geräte: 2 Petrischalen-Hälften, Folienschreiber, Overheadprojektor, Reagenzglas

(16 mm), Reagenzglashalter, Thermometer, Brenner, Schere, Schleifpapier, evtl. Stoppuhr

Chemikalien: Magnesiumband [F], 1 M Schwefelsäure [C] Durchführung: — Die Petrischalenhälften auf den Projektor stellen und beschriften. — In eine Petrischalenhälfte Schwefelsäure von Zimmertemperatur einfüllen. — Eine Portion Schwefelsäure um 10-20 Grad erwärmen, Temperatur dokumentieren und in

die andere Petrischalenhälfte einfüllen. — Weiter verfahren, wie in Variante “Konzentrationsabhängigkeit” beschrieben. Entsorgung: Schwefelsäurereste im Behälter für Schwermetallsalzlösungen sammeln. Quelle: [1]



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Modellexperiment zum Wirkprinzip eines Katalysators Geräte: Becherglas (250 ml, hohe Form), Becherglas (50 ml), Kristallisierschale,

Spatellöffel Chemikalien: Kaliumdichromat [T+, N], Wasserstoffperoxid (ca. 30%ig) [C] Sicherheitshinweise: — Kaliumdichromat ist krebserregend. Es besteht die Gefahr der Hautresorption. Kontakt

sollte daher vermieden werden, das Tragen von Schutzhandschuhen ist zu empfehlen. — Aufgrund akuter Spritzgefahr sollte die Reaktion hinter einer Schutzscheibe durchgeführt

werden. Durchführung: — Das Becherglas in die Kristallisierschale stellen. — In das Becherglas 1 Spatellöffel Kaliumdichromat geben. — Etwa 10 ml Wasserstoffperoxidlösung auf einmal zugeben und die Abzugscheibe sofort

schließen. — Beobachten und modellhaft interpretieren.

Hinweis: Die Reaktion ist mitunter sehr heftig. Aufgrund der Giftigkeit des Kaliumdichromats sollte auf die Durchführung der Spanprobe während der Reaktion verzichtet werden. Entsorgung: Bei der Entsorgung von Chromat-/Dichromat-Abfällen sind Schutzhandschuhe zu tragen! Die Lösung ist im Behälter für Chromat-/Dichromat-Abfälle zu sammeln.

Modellexperiment zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit

durch einen Katalysator („positive Katalyse“)

Geräte: Porzellanschale, Tiegelzange Chemikalien: Würfelzucker, Zigarrenasche (ersatzweise Zigarettenasche) Durchführung: — 1 Stück Würfelzucker in die Porzellanschale geben. — Versuchen, den Würfelzucker zu entzünden. — Den Zuckerwürfel erkalten lassen und anschließend intensiv mit Zigarrenasche einreiben. — Erneut versuchen, den Zucker zu entzünden. Beobachten, beschreiben und modellhaft

erklären. Entsorgung: Zuckerkohle verwerfen. Quelle: [1]



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Reaktion von Metallen mit Säuren; Feststellen der

Temperaturveränderung

Geräte: 3 Reagenzgläser (16 mm) im Reagenzglasständer, Thermometer, 3

Objektträger, 3 Pipetten, Brenner, evtl. Lupe Chemikalien: verd. Salzsäure [C] , verd. Schwefelsäure [C], verd. Essigsäure [C],

Magnesiumspäne [F] Durchführung: — Je ein Reagenzglas mit Salzsäure, Schwefelsäure bzw. Essigsäure etwa 2 cm hoch

befüllen. — Die Temperatur der Säuren ermitteln und dokumentieren. — In jedes der Reagenzglaser 2 - 3 Magnesiumspäne geben. Die Temperaturänderung

ermitteln und dokumentieren. — Von der jeweiligen Salzlösungen eine Probe auf einem Objektträger eindampfen.

Betrachten. Erklären. Entsorgung: Lösungen im Behälter für Schwermetallsalzlösungen sammeln. Quelle: [1]

Elektrolyse von Kupferchlorid Geräte: U-Rohr mit seitlichen Ansätzen und zwei passenden Lochstopfen, Trichter, 2

Graphitelektroden, Schlauchverbindungsstücke, Aktivkohlerohr (oder Luftballon), Stromleitungen, Krokodilklemmen, Spannungsgerät

Chemikalien: 1M Kupferchloridlösung [T] Durchführung: — Das U-Rohr etwa zu einem Drittel mit Kupferchloridlösung füllen (die Lösung darf nach

dem Einsetzen der Elektroden nicht überlaufen!). — Graphitelektroden in Lochstopfen montieren und gasdicht in das U-Rohr einsetzen. — Stromkreis aufbauen. — Den seitlichen Ansatz des U-Rohres auf der Seite des Plus-Poles mit einem

Aktivkohlerohr oder Luftballon verschließen. — Eine Spannung von 12 Volt anlegen und solange elektrolysieren, bis eine Beobachtung

an beiden Elektroden gemacht werden kann. Beschreiben und erklären.



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(Hinweis: Für den Einsatz im Chemieunterricht ist auch die Elektrolyse von Iodiden empfehlenswert, die in gleicher Weise durchführbar ist. Da das Iod in Schlieren von der Elektrode herunterrinnt, kann dabei sogar auf die Aktivkohle-Adsorptionseinrichtung verzichtet werden.) Entsorgung: Die Apparatur im Abzug öffnen, um kein giftiges Chlorgas in den Raum entweichen zu lassen. Lösung im Behälter für Schwermetallsalzlösungen sammeln. Elektroden mit Schleifpapier reinigen.

Wasserelektrolyse Geräte: Wasserzersetzungsapparat nach HOFFMANN (oder Küvette K 4 nach

KUHNERT/LEGALL/KOMETZ), Stromkabel, Spannungsquelle, evtl. Krokodilklemmen, 2 Reagenzgläser (16 mm), Holzspan, Zündflamme

Chemikalien: 0,5M Schwefelsäure [C] Durchführung: — Schwefelsäure in den Wasserzersetzungsapparat geben. — Etwa 1 min mit einer Spannung von 6 Volt elektrolysieren, damit sich eine gasgesättigte

Lösung in den beiden Schenkeln bildet. — Gasportionen vollständig ablassen und erneut elektrolysieren, bis sich etwa

5 ml Sauerstoff gebildet haben. — Gasportionen in den beiden Schenkeln vergleichend betrachten. — Gasportionen aus den beiden Schenkeln in Reagenzgläser abfüllen und mit der

entsprechenden Demonstrationsmethode (Knallgasprobe, Glimmspanprobe) identifizieren.



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— (Hinweis:

In reinem Wasser liegen nur sehr wenige Ionen vor. Eine Elektrolyse von reinem Wasser wäre daher sehr langwierig. Aus diesem Grund elektrolysiert man in diesem Fall eine verdünnte Schwefelsäure, um die Leitungseigenschaften und damit auch die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Um in den beiden Schenkeln des Wasserzersetzungsapparates ein Volumenverhältnis der beiden Gase von 2 : 1 zu bekommen, müssen die entstandenen Gase zu Beginn mehrmals abgelassen werden. Sauerstoff löst in größeren Mengen in Wasser als Wasserstoff. Die Flüssigkeit in den Schenkeln muss sich zunächst erst mit Gas sättigen.)

Entsorgung: Schwefelsäure für spätere Versuche aufbewahren.

Zink-Luft-Element Geräte: Kohleelektrode (hydrophobiert), Zinkelektrode, Abstandshalter für

Elektroden, Becherglas (100 ml), Stromkabel, Krokodilklemmen, Spannungsmeßgerät (2V), evtl. 1 Kleinmotor

Vorbereitende Arbeiten: Kohleelektrode hydrophobieren: Dazu in einem Reagenzglas 10 Teile Toluol mit 1 Teil Paraffinöl mischen, die Kohleelektrode eintauchen und trocknen lassen. Den Vorgang 2-3 Mal wiederholen. (Die Elektroden lassen sich mehrmals benutzen.) Chemikalien: Kaliumhydroxidlösung (5M) [C] Durchführung: — Das Becherglas mit etwa 40 ml Kaliumhydroxidlösung (5M) füllen. — Den Abstandshalter auf das Becherglas legen. — Die Elektroden mit dem Messgerät verbinden und in die Kalilauge stellen. — Spannung messen und dokumentieren. — Messgerät gegen Kleinmotor austauschen.



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Beispiel für eine Zink-Luft-Batterie (Knopfzelle):

Entsorgung: Kalilauge für spätere Versuche aufbewahren. Elektroden mit viel Wasser spülen und abtrocknen. Quelle: [9, 11]

Elektrochemie - "Der Früchtemotor" Geräte: Kupferblech, Zinkblech, 2 Krokodilklemmen, Stromkabel,

Spannungsmeßgerät (Multimeter), Messer, evtl. Kleinmotor Chemikalien: saftige Früchte: Apfel, Zitrone, Zwiebel, Kartoffel usw. Durchführung: — Ein Kupferblech und ein Zinkblech in einem Abstand von 1 cm nebeneinander in die zu

testende Frucht stecken. — Die beiden Elektroden an ein Spannungsmessgerät anschließen. Die anliegende

Spannung messen und dokumentieren. — Das Spannungsmessgerät durch einen Kleinmotor austauschen. Entsorgung: Reste verwerfen.

Quellenverzeichnis


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Quellenverzeichnis

[1] Praktikum „Chemische Schulexperimente“. Grundpraktikum (in zwei Bänden).

Pädagogische Hochschule Halle/Köthen, September 1992. [2] Chemische Schulexperimente, Band 3. Verlag Harri Deutsch, Frankfurt/Main 1988. [3] Chemische Schulexperimente, Band 2. Verlag Harri Deutsch, Frankfurt/Main 1986. [4] Chemische Schulexperimente, Band 2. Volk und Wissen Volkseigener Verlag, Berlin

1976. [5] Küvettentechnik. Teil 2: Anorganische Chemie. Praktikumsanleitung für Schüler,

Studenten und Lehrer.Martin-Luther-Universität, Halle1993. [6] Chemie und Umwelt im Chemieunterricht. Martin-Luther-Universität, Halle November

1995. [7] Häusler, K.; Rampf, H.; Reichelt, R.: Experimente für den Chemieunterricht. R.

Oldenbourg Verlag GmbH, München 1991. [8] Praktikum „Chemische Schulexperimente“ (Aufbaupraktikum). Ausgearbeitet von R.

Heby, K. Prokoph, H. Rochor, J. Werner. Martin-Luther-Universität, Halle 1993. [9] Praktikum „Chemische Schulexperimente“ (Aufbaupraktikum CSE 2, Realschule S I).

Zusammengestellt von R. Tietze, E. Heinze, M. Graichen, H. Rochor, J. Pech. Pädagogische Hochschule Halle/Köthen, Februar 1992.

[10] Chemie. Stoffe - Reaktionen - Umwelt. Lehrbuch für Sekundarstufe I. Volk und

Wissen Verlag, Berlin 1993. [11] Hans Keune, Helmut Boeck; „Chemische Schulexperimente, Band 1 Anorganische

Chemie“; Volk und Wissen Verlag GmbH & Co, 1998 [12] Wiskamp, Proske, Röder; Schülerversuche im Chemieunterricht; Verlag Harri

Deutsch; 2002 [13] Helmut Boeck; „Chemische Schulexperimente, Anorganische Chemie, zweiter Teil“;

Verlag Harri Deutsch – Thun – Frankfurt/M; 1988

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