8. Analyse - Synthese - Energie - chemische Reaktionen¶
Material und Chemikalien¶
Materialliste
A Elementarstoffe und Verbindungen¶
- Molymodmodelle von Elementarstoffen und Verbindungen: Schwefel, Sauerstoff, Wasser, Ethanol, Saccharose
B Synthese von Eisen(II)-sulfid¶
- Eisenpulver (1-2 g), Schwefel (1.75-3.5g) mit Polylöffel
- Bunsenbrenner
- Feuerzeug
- RG Klammer, RG (können auch billige sein)
- Feuerfeste Unterlage
- Magnet
- Gemisch Fe:S = 7:4
- Waage
C Analyse von Diiodpentoxid (\(ce{I2O5}\))¶
- \(\ce{I2O5}\) (Diiodpentoxid, 0.4g; 0.2g sollten 36 mL O2 geben) mit Rinnenspatel
- Iod
- Apparatur (siehe Abbildung) bestehend aus
- Grosses RG Duran mit Winkelrohr in passendem Stopfen
- Pneumatische Wanne (möglichst klein)
- Messzylinder 50 mL
- Stative, um Messzylinder und RG zu fixieren
- Laborboy für Positionierung
Zudem
- Zum RG passendes RG Gestell
- Zum RG passenden Stopfen (ohne Loch)
- Glaswatte
- Stopfen für Messzylinder
- Bunsenbrenner, Feuerzeug
- Pinzette (zum Entfernen der Glaswatte)
- Pentan (zum Herauslösen des Iods)
- Breites Becherglas 100 mL
- Glimmspan
D Analyse von Verbrennungsgasen¶
Vorbereitung: Nachweisreaktionen etc Bereitstellen¶
- \(\ce{Ca(OH)2}\) gesättigt
- Watesmo Wasserindikatorpapier (Macherey-Nagel) (zur Not: Cobalt(II)-chlorid-papier, getrocknet)
- Wasserstoff, in Druckflasche mit Schlauch
- Sauerstoff in Druckflasche mit Schlauch
- Kohlendioxid in Druckflasche mit einem Schlauch, der mit einer Glas-Pasteurpipette endet
- RG und grosses, breites BG für kleine pneumatische Wanne.
- Standzylinder für Verbrennungen mit Deckel
- Glimmspan
-
Proben: Kerze, Gasbrenner, Kohle, Hexan in Abdampfschale, Wasserstoffflämmchen...
-
Eiswürfel (um die Kristallisierschale auf Laborboy zu füllen)
- Abdampfschale
Hinweis. Auch mit völlig getrockneter Kohle scheidet sich noch einiges Wasser im U-Rohr ab (Luftfeuchtigkeit). Vielleicht ginge es in reinem Sauerstoff besser.
E Energie: Kaliumchromat mit Zucker¶
Ziel: zeigen, dass in Zucker viel Energie enthalten ist.
Mit Handschuhen und Brille, nur erfahrenes Personal!! - 5g Zucker - 15 g Kaliumchlorat KClO3
Rote Farbe: - 5 g Zucker - 5 g Strontiumnitrat Sr(NO3)2 - 4g Kaliumchlorat KClO3
Jede Komponente getrennt in je einer Reibschale fein reiben. Durch Umschütten mischen Auf zwei Isoplanplatten (doppelte Lage) mit einigen Tropfen konzentrierter Schwefelsäure zünden.
F Energie: Methanverbrennung¶
- Breiter alter Zylinder, umgekehrt an Stativ montiert
- Druckflasche mit Methan und Schlauch zum Befüllen des Zylinders (Dichte 0.72 kg·m−3 gegenüber der Dichte von Luft von etwa 1,25 kg/m3 ). u(Methan) = 16.02 u, u(Luft) = ca. u(N2) = 28 u.
- Kerze an Stange
- Feuerzeug
G Elektrolyse von Wasser¶
- Hoffmann-Apparat (evtl. mit Schwefelsäure separat), Schläuche Kontrolliert.
- Grosse Reibschale, gefüllt mit Pustefix
- Streichholzschachtel
- Schutzbrille, Schutzmantel für SuS
- Ohrenschutz
- RG und grosses, breites BG für kleine pneumatische Wanne.
H Enthalpie und innere Energie¶
- \(\ce{H2O2}\) 30%
- Kaliumiodid mit Spatel
- Grosses RG an Ständer
- Fido (Ethanol in Molimot) mit Klebestreifen
- Stopfen zu diesem RG mit Glasrohr und Schlauch
- An diesem Schlauch Kolbenprober mit Fido zuoberstfestgeklebt
Durchführung¶
- Fido fährt LIft: in RG 2 cm hoch \(\ce{H2O2}\) einfüllen und eine Spatelspitze KI
- Grosses RG sofort mit dem Stopfen verschliessen, so dass der entstehende Sauerstoff den Kolbenprober und damit Fido nach oben treibt.
- Wann wird das Reaktionsgefäss heisser: wenn Fido nach oben fährt, wwas Energie kostet, oder wenn der Kolbenprober zu wäre und das Gas sich nicht ausdehnen könnte?
- Mit Energieerhaltung argumentieren: Da die GEsamtenergie gleich bleibt, aber weniger mechanische Arbeit geleistet wird, muss beim verschlossenen Gefäss mehr Wärme frei sein.
J Luminol, Version Chemie-Schlauch¶
Zwei Ansätze machen: einen für den Schlauch und den andern, um anschliessend nochmals das Zusammengiessen zu zeigen.
- Grosse, flache Wanne mit möglichst hellem Boden
- 2 BG 500 mL
- 1 BG 1L hohe Form
- Messzylinder 500 mL
Lösung A: - In ein BG 500 mL werden 0.2 g Luminol eingewogen - Es werden 12 mL NaOH 1M zugegeben und das Luminol darin gelöst - Nun werden 288 mL deion. Wasser zugegeben
Lösung B: - In ein BG werden 0.9 g Kaliumhexacyanoferrat(III) eingewogen - Es werden 3 mL H₂O₂ 30% und 300 mL deion. Wasser zugegeben. - In einem verdunkelten Raum leert man die beiden Flüssigkeiten gleichzeitig in das 1L BG. Wenn die Lumineszenz nachlässt, kann sie mit Zugabe einiger Tropfen konzentrierter NaOH wieder etwas verstärkt werden, was allerdings die Gesamtdauer der Lichtemission verkürzt. - Lösung aus dem BG wird mittels Wasserstrahlpumpe durch den Schlauch gezogen, was eine farbige Schrift gibt - Etwas Lösung aus dem BG wird in die grosse Wanne ausgegossen. Vorsicht: Ätzend. - Entsorgung: basische Abfälle.
K Kalte Weißglut (Chemolumineszenz von Luminol) Uni Wupertal:¶
http://www.chemiedidaktik.uniwuppertal.de/alte_seite_du/material/lichtsp/v7.htm Bei dieser Variante der Luminol-Oxidation wirkt der Sauerstoff aus der Luft als Oxidationsmittel in stark alkalischem Medium (KOH) und in einem aprotischen Lösungsmittel Dimethylsulfoxid DMSO. Das Leuchten verstärkt sich erheblich, wenn man den Kolben kräftig schüttelt und kann mehrere Stunden gehalten werden. Eine Intensivierung des Leuchtens erreicht man auch durch Zugabe einer Spatelspitze Fluorescein. Geräte und Chemikalien:
- 0.5 Liter - Rundkolben oder Erlenmeyerkolben mit
- passendem Gummistopfen,
- Waage,
- Meßzylinder.
- Kaliumhydroxid (Kaliplätzchen) C,
- Dimethylsulfoxid (DMSO) Xi,
- Luminol: 3:Aminophthalhydrazid,
Durchführung:¶
- In einen 0.5 Liter - Rundkolben werden zu
- 35.00 g KOH - Plätzchen
- 30 ml DMSO gegeben und
- 0.05 g Luminol zugesetzt. 3:Aminophthalhydrazid,
-
Man verschließt den Rundkolben mit einem passenden Stopfen und schüttelt kräftig um. Im Dunkeln beobachtet man zunächst nur ein helles, grünlichblaues Leuchten an der Oberfläche der Kaliplätzchen. Allmählich leuchtet nach kräftigem Schütteln auch der ganze Kolbeninhalt recht hell und lang anhaltend. Schütteln ist sehr wichtig!
-
Entsorgung: Die organische Reaktionslösung wird abgegossen und in einen Sammelbehälter für organische, nicht halogenierte Lösungsmittel entsorgt. Die KOH - Plätzchen können in dem verschlossenen Erlenmeyerkolben bis zu einem erneuten Einsatz verbleiben (unterm Abzug stehen lassen!).
-
Welche Energiearten werden ineinander umgewandelt? Bei exothermen Reaktionen entsteht also nicht immer einfach nur Wärme! Zeichne ein Energiediagramm für den Vorgang und stelle die Chemolumineszenz in diesem Diagramm dar.
Sicherheit¶
Sicherheitshinweise
Durchführung¶
Beschreibung
Thermolyse Iodpentoxid¶
- RG mit ca. 0.4 bis 0.5 g Iodpentoxid so flach am Stativ befestigen, dass nur die Stelle erhitzt wird, an der sich das Iodpentoxid befindet.
- Pneumatische Wanne zusammenbauen
- Iodpentoxid etwa 2 Minuten über der rauschenden Gasflamme erhitzen. Es entwickelt sich ein Dampf von violettem Iod, der oben im RG resublimiert. Ein zweites, farbloses Gas sammelt sich im eingespannten Standzylinder.
- Am Ende des Versuches das Winkelrohr entfernen und das eingespannte RG mit dem zusätzlichen Stopfen verschliessen, damit kein Wasser eingesaugt wird. Eingesaugtes Wasser könnte das RG zum Zerspringen bringen.
- Glimmspanprobe durchführen. Funktioniert allerdings nicht immer so gut, vielleicht, weil viel Luft(stickstoff) aus dem ursprünglichen RG mitgerissen wird. Wenn man genug Material hat, kann das Gas während der ersten 30 Sekunden auch entweichen lassen, ohne es aufzufangen und erst danach in den umgedrehten Standzylinder einleiten.
- Entsorgung Iod: mit Na₂S₂O₃ · 5 H2O Lösung reduzieren und in Behälter mit Halogenid-Abfällen.
Auswertung:
2 I₂O₅ → 2 I₂ + 5 O₂
- Produkte haben völlig neue Eigenschaften: typische chemische Reaktion
- Aus einem einzigen Stoff sind zwei neue Stoffe entstanden! Ist das Edukt Verbindungen oder Elementarstoff?
- Da beide Produkte Elementarstoffe, heisst der Vorgang Analyse
- Wie kann man wissen, dass man wirklich Elementarstoffe hat (jede bekannte weitere Möglichkeit, die Stoffe weiter zu zerlegen, anwenden: erneute Thermolye, Elektrolyse, Photolyse. Oder die Produkte mit Wasserstoff reagieren lassen und zeigen, dass nichts anderes entsteht als Wasser mit dem einen Gas, Iodwasserstoff mit dem anderen).
- Der Vorgang benötigt ständige Wärmezufuhr, ist also endotherm. Es reicht nicht, eine einmalige Aktivierung vorzunehmen.
Alte Perotokolle: Analyse von Quecksilber(II)-oxid¶
- Anstelle des Iodpentoxides: ½ Polylöffel HgO.
- Edukt ist sehr giftig! Am Ende des Versuchs darf auf keinen Fall Wasser eingesaugt werden!
- Entsorgung: Heizen, bis alles Quecksilber(II)-oxid umgesetzt ist. Das Quecksilber dann der Sonderentsorgung zuführen.
Bildung und Zerlegung von Silbersulfid¶
- Silberstreifen
- Schwefel
- Reagenzglas (duran)
- Pinzette
- Bunsenbrenner
- Quarzrohr
Durchführung¶
- In das RG wird 2 cm hoch Schwefel gefüllt und bis zum Sieden erhitzt
- In das schräg gehaltene RG wird ein Silberstreifen bis zum siedenden Schwefel ein
- Das Silberblech glüht im siedenden Schwefel auf. In exothermer Reaktion bildet sich ein blauschwarzer Stoff, Silbersulfid.
- Das entstandene blauschwarze Silbersulfid wird in ein Quarzrohr gegeben und mit einem (Gebläse)brenner kräftig erhitzt.
- Das Silbersulfid wird in einer endothermen Reaktion in Silber (glänzende Metallkugel) und Schwefel (gelber Beschlag) zerlegt.