Zum Inhalt

Prinzip von le Chatelier

Material und Chemikalien

Materialliste

A Demo Eisen(III)- und Thiocyanat-Ionen

  • Eisen(III)-chlorid-Lösung: 0.45 g Eisen(III)-chlorid hexahydrat in 170 mL dH2O
  • KSCN-Lösung: 0.15 g Kaliumrhodanid in 150 mL dH2O
  • FeCl₃ (s) mit Rinnenspatel
  • KSCN (s) mit Rinnenspatel
  • 3 Erlenmeyer kolben 500 mL (breithals)

B Demo Eisen(III)- und Thiocyanat-Ionen

Zusätzlich zu A

  • NaF (s) mit Rinnenspatel
  • Al(NO₃)₃ (s) mit Rinnenspatel

C Calciumhydroxid im Lösegleichgewicht

Gleichgewicht mit Calciumhydroxid

  • Gesättigte Ca(OH)₂-Lösung (500 mL oder mehr)
  • Calciumhydroxid mit Polylöffel auf Papierserviette
  • Möglichst frisches Ca(OH)₂ (nach langer Lagerung enthält Ca(OH)₂ einiges an Calciumcarbonat, was stört).
  • Natriumhydroxid NaOH (ges) 30%
  • Natriumcarbonat-Lösung Na₂CO₃ 0.1 M
  • CO₂ in Druckflasche für Einblubbern
  • Magnetrührer und Rührmagnete
  • Universalindikator-Lösung

Nur wenn Demo-Versuch: - 2 Bechergläser 600 mL hoch - 2 Bechergläser 300 mL hoch - 2 grosse BG 1 L - Waage - Grosser Trichter mit Filterpapier - Erlenmeyer 1L - 2 kleine Bechergläser, die je 0.35 g Calciumhydroxid (frische, neue Chemikalie) enthalten. - Ammoniumacetat mit Polylöffel auf Papierserviette

D Schülerversuche

Posten D.1: Konzentrationsänderung: Phenolphthalein und Hydroxid-Ionen

  1. Phenolphthalein in Tropfflasche (Indikatorlösung)
  2. 500 mL Wässrige Lösung pH 8.5 (Pufferlösung, mit deionisiertem Wasser 1:10 verdünnt) beschriftet mit "3.16·10-6 mol/L OH- (pH 8.5)"
  3. Natronlauge 1 M mit Tropfpipette in kleinem Erlenmeyer (als Ständer)
  4. Salzsäure 1 M mit Tropfpipette
  5. Magnetrührer und Rührmagnete und Magnetstab zum Entfernen der Rührmagnete
  6. (Bechergläser 100 mL: nicht bereitstellen, holen sich SuS selber)

Posten D.2: Temperaturabhängigkeit des Iod/Stärke-Komplexes

  • Lugolsche Lösung
  • 100 mL Frische Stärkelösung (1-2) % w/w. Nach dem Mischen kurz aufkochen und evtl. filtrieren (funktioniert aber auch ohne Filtrieren).
  • Gasbrenner mit Feuerzeug
  • Gefäss mit Eis (Polystyrol-Wanne, Eiskübel oder Becherglas)

Posten D.3: Temperaturänderung mit NO₂/N₂O₄

  • 3 Gas-Ampullen mit NO₂/N₂O₄
  • Wasserkocher
  • BG hohe Form 500 mL
  • Gefäss ca 500 mL mit Eiswürfeln

Posten D.4: Druckerhöhung durch Kompression

Nur noch im Film:

Posten D.5: Gleichgewichtsverschiebungen mit Kupferchlorid: Verdünnung (und Konzentrationsänderung)

  • Festes Kupfer(II)-chlorid
  • Gasbrenner (Kartusche) mit Feuerzeug
  • 4 grosse RG mit Ständer (holen sich die SuS selber)
  • RG Klammer (holen sich die SuS selber)
  • Im Abzug: Konzentrierte Salzsäure mit Tropfpipette in Erlenmeyer

Posten D.6: Aggregatzustand und Druck

  • Gasverflüssigungspumpe (eine Art Handpumpe aus transparentem Zylinder und arretierbarem Kolben) aus der Physik
  • Butan

Posten D.7: Kristallbildung

Je mit Spatel auf Papierserviette:

  • Kupfer(II)-sulfat
  • Kaliumhexacyanoferrat(III) K₃[Fe(CN)₆]
  • Kaliumaluminiumsulfat KAl(SO₄)₂
  • Eisen(III)-sulfat (Fe₂(SO₄)₃)

Sicherheit

Sicherheitshinweise

Durchführung

Beschreibung

Interaktive Simulationen:

A und B Demo: Eisen(III)- und Thiocyanat-Ionen

Die Gelb-orange Färbung der Eisen(III)-chlorid-Lösung kommt eigentlich durch den Komplex [FeOH(H₂O)₅]²⁺ zustande.

  • Ein RG (RG 1) wird zu 1/3 mit Eisen(III)-chlorid-Lösung gefüllt (Referenz)
  • Nun wird etwa gleich viel Thiocyanat-Lösung zugegeben
  • Von der entstehenden blutroten Lösung werden RG 2 – 7 zu rund 1/3 gefüllt.
  • RG 3 wird mit wenig festem Kaliumthiocyanat versetzt (Farbänderung erklären: Eduktzugabe führt zu Bildung von mehr Produkt)
  • RG 4 wird mit wenig festem Eisen(III)-chlorid versetzt (Farbänderung erklären: Edukt-Zugabe führt zu Bildung von mehr Produkt)
  • RG 6 wird mit wenig festem NaF versetzt (Maskierung der Eisen-Ionen, wirkt also wie Edukt-Entnahme)
  • RG 7 wird mit wenig festem NaF versetzt und dann nach Farbänderung mit festem Aluminiumnitrat (Maskierung und "Demaskierung" der Eisen-Ionen)

C: Gleichgewicht mit Calciumhydroxid

Während der Stunde wird zuerst das eine 2L-Becherglas mit wenigen mL Leitungswasser oder Ammoniumacetat-Puffer (2-3 Polylöffel festes Ammoniumacetat zusetzen) versetzt und dann mit deionisiertem Wasser auf 1.5 L aufgefüllt. Mit diesem Wasser werden dann die verschiedenen Versuche gemacht.

Leitungswasser ist je nach Versuch heikel, weil es zusätzliche Calcium- und Carbonat-Ionen in die Lösung bringt, die ausfallen können.

Beim Lösen von 0.35 g Calciumhydroxid auf 500 mL reines Wasser muss frisches Calciumhydroxid verwendet werden. Mit Calciumhydroxid, das einige Zeit an der Luft herumgestanden ist, funktioniert es nicht: ein Bodensatz von ungelöstem Material bleibt zurück. Höchstwahrscheinlich entsteht mit dem CO₂ aus der Luft mit der Zeit schwerer lösliches Calciumcarbonat, das sich nicht auflöst. Dies dürfte auch der Grund dafür sein, dass die Lösung auch bei relativ frischem Calciumhydroxid leicht trübe bleibt, auch wenn man 2 Pipetten Ammoniumacetat-Puffer 1M zugibt: die Trübung wird durch Calciumcarbonat bewirkt, das sich erst bei pH-Werten unter 10 aufzulösen beginnt.

D Schülerversuche

Posten D.1: Konzentrationsänderung: Phenolphthalein und Hydroxid-Ionen

Posten D.2: Temperaturabhängigkeit Iod/Stärke-Komplex

  • Stärkelösung in einem RG mit deionisiertem Wasser auf eine Konzentration von etwa 0.1 Massen-% verdünnen,
  • einige Tropfen Lugolsche Lösung zugeben bis zur Blaufärbung.
  • Die Bildung des Komplexes ist exotherm, daher beim Erhitzen der Lösung über der Bunsenbrennerflamme Entfärbung und danach im Eisbad wieder Blaufärbung.

Posten D.3: Temperaturabhängigkeit des Gleichgewichts 2 NO₂ ⇄ N₂O₄

ΔH°R = -57.2 kJ/mol ΔS°R = -175.83 J/mol/K ( \Omega = e^{S/R} = ΔG°R (Tabellenwerte) = -4.73 kJ/mol Übergangstemperatur:325.31 K = 52.16 °C

In Ampulle eingeschweisstes NO₂ wird in Eiswasser gelegt bzw. in heissem Wasser erwärmt und die Färbung verglichen. Stickoxide (Druckabhängigkeit und Temperaturabhängigkeit) N₂O₄ (g) ⇄ 2 NO₂ (g) (farblos) (braun) ΔHR= 62 kJ/mol.

Endotherme Reaktion, beim Erhitzen geht es in Richtung braunes NO₂.

Das Set besteht aus zwei oder drei identisch gefüllten, zugeschmolzenen Glasampullen (24 x ca. 120 mm), die je ca. 50 ml NO₂/N₂O₄-Gasgemisch enthalten. Das braune NO₂ steht im Gleich-gewicht mit dem farblosen N₂O₄.

Durch Erwärmung oder Abkühlung der Ampullen verändert sich die Gleichgewichtskonstante nach dem Prinzip von Le Chatelier und die entsprechende Farbveränderung lässt sich beobachten.

Die Ampullen können bis 100 °C erwärmt (dunkelbraun) oder in einer Kältemischung auf ca. -20 °C (fast farblos) abgekühlt werden. Die Ampullen sind stabil und haltbar und können beliebig oft wieder verwendet werden.

Posten D.4: Druckänderung durch Kompression (Video)

Posten D.5:Kupferchlorid: Verdünnung (und Tempeartur- und Konzentrationsabhängigkeit)

Betrachtet wird folgendes Gleichgewicht:

[Cu(H₂O)₄]²⁺ + 4 Cl⁻ ⇄ [CuCl₄]²⁻ + 4 H₂O
bzw
Cu²⁺ (aq) + 4 Cl⁻ (aq) ⇄ [CuCl₄]²⁻ (aq)

Diese Ligandenaustauschreaktion hat ein positives \( ΔH_R \) (Endotherm). Gelöste Kupferionen (Tetraaqua-kupfer(II)-Ion) ergeben eine blaue Farbe, der Tetrachlorocuprat(II)-Komplex ergibt grüne Farbe.

  • Vorbereitung: Es wird eine konzentrierte Lösung von Kupferchlorid hergestellt (grün).

  • Kontrolle: Tetrachlorocuprat(II)-Komplex (grün)

  • Diese Lösung wird mit dest. Wasser so weit verdünnt, bis die Farbe gerade von grün nach blau umschlägt, nicht weiter. Sie enthält nun den Tetraaqua-kupfer(II)-Komplex (blau). Diese Lösung wird auf 3 weiter Reagenzgläser verteilt und neben der grünen unverdünnten Lösung in einen RG-Ständer gestellt:
  • Zur blauen Lösung wird etwas konzentrierte Salzsäure zugegeben. Die Lösung wird grün.
  • Die blaue Lösung wird erhitzt. Die Lösung wird grün.

Hinweis: Es gelingt nicht, durch Zugabe von festem Kupfer(II)-nitrat die Lösung grün zu machen. Die Konzentration von Kupfer-Ionen hat weniger gravierende Auswirkungen als die Konzentration von Chlorid-Ionen, wie man sofort erkennt, wenn man die Ausdrücke für RG und K notiert.

Posten D.6: Aggregatzustand und Druck

  • Etwas Butan wird aus dem Druckbehälter in die Gasverflüssigungspumpe gegeben und dieser sofort verschlossen.
  • Beim Zusammendrücken bildet sich flüssiges Butan, beim Auseinanderziehen wieder gasförmiges.

Posten D.7 Kristallbildung

Todo

Todos

Check

Benötigt Check