2 Reduktion von Jod mit nascierendem Wasserstoff
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Praktikumsskript Modul "Grundlagen der Chemie" FB VI Analytische und Ökologische Chemie Prof. Dr. Dr. K. Fischer, Dr. A. Meyer Vorbemerkungen Das Praktikum zum Modul „Grundlagen der Chemie“ ist zur Vertiefung des Lehrstoffes der Vorlesung und der Übung gedacht. Ohne eine grundlegende Vorbereitung können die Ziele des Moduls nicht erreicht werden. Aus diesem Grund erwarten wir, dass Sie sich auf dieses Praktikum gründlich vorbereiten. Sie müssen die Nomenklatur der Verbindungen beherrschen, da sonst für alle Kursteilnehmer Sicherheitsrisiken bestehen. Auf allen Chemikalienflaschen sind nur die Formeln und keine Namen angegeben. Sie sollten sich alle Versuche vor dem Praktikum durchlesen und sich die dazugehörigen Themenkomplexe aneignen. Es ist aufgrund des Zeitplanes unerlässlich, Einwaagen von Stoffen und entsprechende Verdünnungen vor dem Praktikum zu berechnen! Reaktionsgleichungen und mögliche Antworten zu den Fragen sollten überdacht und eventuell schon vorbereitet sein. Zu Beginn jedes Gruppenversuches wird das Thema vom Assistenten abgefragt. Für die erfolgreiche Teilnahme und damit auch die Zulassung zur Klausur ist ein vollständiges Kursprotokoll abzugeben. Es werden nur gebundene Protokollhefte und keine losen Blattsammlungen akzeptiert. Zur Protokollanfertigung ebenfalls noch ein paar Anmerkungen: Zu jedem Versuch ist ein Protokoll abzugeben, das folgendermaßen aufgebaut ist: Versuchsdurchführung (hier hat sich das Einkleben von Kopien aus dem Kursskript als zeitsparend und bequem erwiesen), Beobachtung, Reaktionsgleichung (bei Redoxreaktionen alle 3 Teilgleichungen), Begründung für den Ablauf des Versuchs bzw. Beantwortung der Fragen. Ein Tagesprotokoll mit allen Versuchen des Vortages ist täglich zu Beginn des Praktiums abzugeben und wird von den Assistenten am gleichen Tag mit eventuellen Korrekturwünschen zurückgegeben. Das gesamte Kursprotokoll muss am darauffolgenden Montag mit allen Korrekturen bis 17.00 Uhr vollständig und ohne Fehler abgeschlossen sein. Es empfiehlt sich, das Protokoll wegen der vielen Summenformeln und Reaktionsgleichungen handschriftlich abzufassen. Während des Praktikums finden noch begleitende Seminare zu den Reagenzglasversuchen statt, in denen jeder Student einen Versuch vorstellen muss. Die Versuche werden von den Betreuern zu Praktikumsbeginn bekannt gegeben. 1 Allgemeine Vorbemerkungen Das vorliegende Skript gliedert sich in 2 große Abschnitte: die Reagenzglasversuche und die Gruppenversuche. Die Reagenzglasversuche orientieren sich am Periodensystem der Elemente. Zu ausgewählten Elementen sind typische Reaktionen durchzuführen, die zum Teil auch allgemeine Grundlagen beinhalten. Alle Versuche sind von jedem Praktikanten selbst auszuführen. Bei Versuchen, die geruchsbelästigende und/oder giftige Gase benötigen bzw. entwickeln, sind die entsprechenden Versuche im Abzug durchzuführen. Bei jedem Versuch ist die Entsorgung der verbrauchten Chemikalien angegeben, die strikt eingehalten werden sollte. Bei Unklarheiten sind die betreuenden Personen zu befragen. Es ist Aufgabe des Praktikanten, sich vor Versuchsbeginn über die Eigenschaften der benutzten und hergestellten Stoffe zu informieren und die entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen zu treffen. Bei allen Versuchen ist eine Schutzbrille zu tragen. Das Protokoll soll bei jedem Versuch folgende Gliederung aufweisen: 1. Versuchsnummer und Überschrift des Versuches 2. Genaue Beschreibung des Versuches 3. Beobachtung (Farbänderung, Niederschlag, Gasentwicklung etc.) 4. Reaktionsgleichung (bei Redoxgleichungen incl. der beiden Teilgleichungen) 5. Erklärung bzw. Begründung des Versuchsablaufes Das Protokoll ist täglich zur Korrektur abzugeben. Die Gruppenversuche werden in 3er Gruppen durchgeführt. Sie orientieren sich an Gesetzmäßigkeiten der Allgemeinen Chemie und sind sowohl von der Versuchsdurchführung als auch von der Protokollierung umfangreicher als die Reagenzglasversuche. Für jede Gruppe muss ein gemeinsames Protokoll abgegeben werden, wobei dies die Versuchsbeschreibung und die ausführliche Auswertung in Anlehnung an das Skript enthalten soll. Graphische Darstellungen sollten auf Millimeterpapier oder mit Hilfe eines entsprechenden PCProgramms erstellt werden. Die Einteilung der Studenten in Gruppen erfolgt bei der Vorbesprechung. Das Skript enthält einen Zeitplan. Da für die Versuche nur 3 Betreuer zur Verfügung stehen, beginnen die verschiedenen Versuche zeitversetzt. Es ist deshalb ein pünktliches Erscheinen der Gruppen erforderlich. Zu Beginn der Versuche erfolgt eine kurze Einweisung durch die Betreuer; es wird jedoch trotzdem eine gute Vorbereitung der Studenten auf die inhaltlichen Aspekte des Versuches vorausgesetzt. Nach Beendigung des Versuches sind alle verwendeten Geräte sorgfaltig und gründlich mit destilliertem Wasser zu reinigen. 2 Reagenzglasversuche zu den Haupt- und Nebengruppen des Periodensystems "Herr Dr. Beilstein, möchten Sie den Alkaloid-Extrakt mit Milch oder Zucker?" 3 1. Hauptgruppe 1 Knallgasprobe Übergieße in einem Reagenzglas einige Eisenfeilspäne mit verdünnter Salzsäure. Verschließe das Glas mit dem Daumen und nähere nach einiger Zeit die Mündung des Glases der Bunsenbrennerflamme. Öffne nun das Glas und weise so den entstandenen Wasserstoff durch die „Knallgasprobe“ nach (das im Reagenzglas enthaltene Gemisch von Wasserstoff und Luftsauerstoff verbrennt mit leichtem Knall). Entsorgung: Fe- und Zn-Granalien-Becherglas 2 Reduktion von Jod mit nascierendem Wasserstoff In einem Reagenzglas wird verd. Salzsäure tropfenweise mit einer Jod-Kaliumjodid-Lösung (Auflösung von J2 in KJ-Lösung; s. Versuch 26) versetzt, bis die Lösung deutlich gelb-braun gefärbt ist. Nach Zugabe von 2 Zinkgranalien entsteht nascierender Wasserstoff, der infolge der Reduktion des Jods die Lösung entfärbt. Entsorgung: Fe- und Zn-Granalien-Becherglas 3 Hydrolyse von Salzen Bestimme die pH-Werte folgender Salzlösungen mittels Universalindikatorpapier: a) KNO3; b) Na2CO3; c) NH4Cl und d) K2HPO4. Entsorgung: Abwasser 4 Nachweis der Alkali- und Erdalkaliionen durch Flammenfärbung Es soll die Flammenfärbung durch Li-, Na-, K-, Ba-, Ca- und Sr-Salze sowie eines Gemisches von einem Na- und K-Salz beobachtet werden. Die feste Salzprobe oder Lösung wird mit Hilfe eines Magnesiastäbchens in die Flamme eingebracht. Zuvor ist das Magnesiastäbchen in der entleuchteten Flamme gründlich auszuglühen! In der Probe eines Gemisches von einem Na- und K-Salz überdeckt die gelbe Natriumflamme die für das Kalium charakteristische violette Farbe. Um die Flammenfärbung des Kaliums wahrnehmen zu können, wird die Bunsenbrennerflamme durch ein Cobaltglas betrachtet. Erklären Sie die Filterwirkung des Cobaltglases. Welche Farben treten bei den verwendeten Salzen in der Flamme auf? Es sind Gemische von Li-, K-, Na-, Sr-, Ca-, und Ba-Salzen zu untersuchen. Entsorgung: Abwasser 4 5 Nachweis von Kaliumionen als Kaliumperchlorat Löse eine Spatelspitze KCl in 2 ml dest. Wasser und versetze die Lösung mit wenigen Tropfen wäßriger Perchlorsäure HClO4. Der entstehende farblose Niederschlag von Kaliumperchlorat KClO4 geht beim Erwärmen in Lösung und fällt beim Abkühlen wieder aus. Dies ist ein Beweis für die Temperaturabhängigkeit des Löslichkeitsproduktes. Entsorgung: Abwasser 2. Hauptgruppe 6 Magnesiumhydroxidfällung 2 ml einer Magnesiumchloridlösung werden mit einigen Tropfen verd. Ammoniaks versetzt. Wiederhole diesen Versuch, jedoch mit Zusatz von Ammoniumchlorid. Erkläre das Ergebnis! Entsorgung: Abwasser 7 Löslichkeit der Erdalkalisulfate Versetze je 2 ml a) Magnesiumchloridlösung b) Calciumchloridlösung c) Bariumchloridlösung mit wenigen Tropfen Natriumsulfatlösung. Nur im Falle c) fällt ein Niederschlag aus. Versetze nun die Proben a) und b) weiter mit Natriumsulfat. Während die Magnesiumchloridlösung klar bleibt, kristallisiert in der Probe b) nach einigem Stehen CaSO4 2H2O (Gips) aus. Entsorgung: a) und b) Abwasser, c) Schwermetallabfälle 5 8 Fällung der Erdalkalicarbonate Versetze je 2 ml a) Magnesiumchloridlösung b) Calciumchloridlösung c) Bariumchloridlösung mit einer Lösung von Natriumcarbonat (Soda). In jedem Fall wird ein Niederschlag des betreffenden Erdalkalicarbonats erhalten. Formuliere die Reaktionsgleichungen! Warum enthält der Magnesiumcarbonatniederschlag Magnesiumhydroxid (prüfe die Na2CO3-Lösung mit rotem Lackmuspapier; siehe Versuch 6))? Der Niederschlag besitzt eine wechselnde Zusammensetzung. Häufig entsteht eine Verbindung der Formel Mg(OH)2 H2O. Entsorgung: a) und b) Abwasser, c) Schwermetallabfälle 9 Nachweis von Ca2+ als Calciumoxalat Versetze 2 ml einer verd. Calciumchloridlösung mit wenigen Tropfen einer Oxalsäurelösung. Charakteristisch für den entstehenden Niederschlag ist seine Unlöslichkeit in verd. Essigsäure sowie seine Löslichkeit in verd. Salpetersäure. Warum entsteht bei der Behandlung des Calciumoxalatniederschlags mit verd. Schwefelsäure keine klare Lösung? Entsorgung: Abwasser 10 Reaktion von Erdalkalimetalloxiden mit Wasser Gib in zwei Reagenzgläser eine Spatelspitze Magnesiumoxid und Calciumoxid. Versetze beide Reagenzgläser mit jeweils 5 ml dest. Wasser und prüfe den pH-Wert beider Lösungen mit Universalindikatorpapier. Entsorgung: Abwasser 11 Nachweis von Ba2+ als Bariumchromat a) Versetze 2 ml einer verd. Bariumchloridlösung mit einigen Tropfen Kaliumchromatlösung. Es fällt ein gelber Niederschlag von Bariumchromat aus. b) Versetze 2 ml einer HCl-sauren verd. Bariumchloridlösung mit einigen Tropfen Kaliumchromatlösung. Die Fällung bleibt aus. Eine Fällung erfolgt erst nach Zugabe von Natriumacetat. Erklärung! c) Versetze eine verd. Bariumchloridlösung mit Kaliumdichromatlösung. BaCrO4 fällt aus, da in der Lösung das Chromat-Dichromat-Gleichgewicht besteht. 6 2CrO42- + 2H+ Cr2O72- + H2O Entsorgung: Schwermetallabfälle 3. Hauptgruppe 12 Nachweis von Borverbindungen durch Flammenfärbung Am Ende eines Magnesiastäbchens wird mit Hilfe der Bunsenbrennerflamme eine kleine Menge Borax geschmolzen und mit halbkonz. Schwefelsäure befeuchtet. Durch die mit Schwefelsäure entstehende Borsäure wird die Flamme grün gefärbt. Entsorgung: Abwasser 13 Fällung von Aluminiumhydroxid Versetze eine Aluminiumnitratlösung tropfenweise mit Natronlauge bis zum Auftreten eines farblosen gallertartigen Niederschlags von Aluminiumhydroxid. Versetzt man nun mit überschüssiger Natronlauge, geht der Niederschlag unter Bildung des Aluminations wieder in Lösung. Wiederhole den gleichen Versuch mit verd. Ammoniak als Fällungsreagenz. Zusatz überschüssigen Fällungsmittels führt nicht zur Auflösung des gebildeten Aluminiumhydroxids. Aus einer Aluminiumnitratlösung wird durch tropfenweisen Zusatz von Ammoniaklösung Al(OH)3 ausgefällt. Versetzt man nun mit verd. Salzsäure, geht der Niederschlag in Lösung. Entsorgung: Abwasser 14 Löslichkeit des Aluminiums in Säuren und Laugen In 2 Reagenzgläsern übergießt man Aluminium mit verdünnter Salzsäure und Natronlauge. Abwasser: Abwasser 7 4. Hauptgruppe 15 Nachweis der Kieselsäure als Kupfersilikat Zu einer verd. Kupfersulfatlösung gibt man so lange Ammoniak, bis sich der entstehende Niederschlag gerade aufgelöst hat. Diese Lösung gibt man zu einer Wasserglaslösung. Es fällt türkisfarbenes Kupfersilicat aus. Entsorgung: Kupferabfälle 16 Oxidation von Zinn (II) zu Zinn (IV) a) Eine verd. Quecksilber(II)nitratlösung wird vorsichtig mit SnCl2-Lösung versetzt. Es entstehen weiße Kristalle von Hg2Cl2. Durch einen Überschuß von SnCl2 wird ein schwarzer Niederschlag von feinverteiltem Quecksilber erhalten. Entsorgung: Quecksilberabfälle b) Einer schwach schwefelsauren Chromat- oder Dichromatlösung wird tropfenweise SnCl2-Lösung zugefügt. Die Lösung färbt sich dabei grün. Entsorgung: Schwermetallabfälle 17 Fällung von Blei(II)-sulfid, -chlorid, -sulfat und –chromat In 3 Reagenzgläser wird Blei(II)acetatlösung vergleichsweise mit Schwefelwasserstoff, verd. Schwefelsäure und mit einer Kaliumchromatlösung versetzt. Zusätzlich wird aus festem Blei(II)acetat eine konzentrierte Lösung hergestellt und diese mit verdünnter Salzsäure versetzt. Entsorgung: Schwermetallabfälle 8 5. Hauptgruppe 18 Verdrängung von Ammoniak aus Ammoniumsalzen Eine selbst hergestellte, konzentrierte Ammoniumchloridlösung wird mit wenigen NaOHPlätzchen versetzt (starke Hitzeentwicklung!).Gut schütteln. Es ist der Geruch des freigesetzten Ammoniaks zu prüfen (Vorsicht)! Über die Öffnung des Reagenzglases wird angefeuchtetes rotes Lackmuspapier gehalten. Die Blaufärbung ist zu erklären. Über die Öffnung des Reagenzglases wird ein mit konz. HCl angefeuchteter Glasstab gehalten. Die Nebelbildung ist zu erklären. Entsorgung: Abwasser 19 Entwicklung von Stickstoff aus Ammoniumsalzen In einem Reagenzglas werden einige Milliliter konz. Ammoniumchloridlösung und Kaliumnitritlösung schwach erwärmt, bis eine Gasentwicklung zu beobachten ist. In den Gasraum wird ein brennender Holzspan gehalten, der erlischt. Entsorgung: Abwasser 20 Reduktion von Nitrat zu Ammoniak Eine Spatelspitze Kaliumnitrat wird mit etwa der gleichen Menge Zinkpulver versetzt und nach Zugabe von 2-3 ml verd. Natronlauge über der Flamme des Bunsenbrenners vorsichtig erwärmt. Es erfolgt Reduktion zum Ammoniak, der nach Versuch 18 nachgewiesen werden kann. 4Zn + NO3- + 7OH- + 6H2O 4[Zn(OH)4]2- + NH3 Entsorgung: Fe- und Zn-Granalien Becherglas 21 Reduktion des Nitritions zum Stickstoffoxid Etwa 1-2 ml einer verd. Kaliumnitritlösung werden mit wenigen Tropfen einer Kaliumjodidlösung versetzt und mit verd. Essigsäure angesäuert. Die Lösung bräunt sich durch Bildung von elementarem Jod, das man durch Ausschütteln mit Dichlormethan an der violetten Farbe erkennen kann. Entsorgung: Organische halogenierte Lösungsmittelabfälle 9 22 Verhalten von Arsen(III), Antimon(III) und Bismut(III) in alkalischer Lösung Es werden 3 Reagenzgläser mit je 1-2 ml einer verd. sauren Lösung von As3+, Sb3+ und Bi3+ bereitgestellt und tropfenweise mit verd. Natronlauge versetzt. Bei weiterer Zugabe von Lauge lösen sich die Niederschläge von Arsen- und Antimonhydroxid wieder auf (amphoterer Charakter). Der Bismuthydroxidniderschlag bleibt dagegen auch in überschüssiger Natronlauge schwerlöslich. Entsorgung: Schwermetallabfälle 6. Hauptgruppe 23 Oxidations- und Reduktionswirkung von H2O2 a) Oxidation von Jodidionen: In ein Reagenzglas gibt man einige Tropfen Kaliumjodidlösung und einige Tropfen Stärkelösung. Zu dieser farblosen Lösung fügt man nun noch ca. 1 ml verdünnte Wasserstoffperoxidlösung hinzu. Das Jodid wird zu Jod oxidiert und bildet mit der Stärke zusammen eine tiefblaue Einlagerungsverbindung. Entsorgung: Abwasser b) Reduktion von Permanganationen: In einem Reagenzglas säuert man ca. 1 ml verdünnte Wasserstoffperoxidlösung mit ca. 3 Tropfen verdünnter Schwefelsäure an. Danach tropft man langsam verdünnte Kaliumpermanganatlösung zu. Die violette Farbe des Permanganats verschwindet. Das Permanganat wird zu Mangan(II) reduziert. Man identifiziere das entweichende Gas. Entsorgung: Schwermetallabfälle 24 Darstellung und Eigenschaft von Schwefelwasserstoff Übergieße einige Stückchen Eisensulfid mit verd. Salzsäure (Abzug). Der entweichende Schwefelwasserstoff schwärzt einen in die Öffnung des Reagenzglases gehaltenen angefeuchteten Streifen Bleiacetatpapier. Der entstehende Schwefelwasserstoff wird in Wasser geleitet. Überprüfung des pH-Wertes! Entsorgung: Abwasser 10 25 Fällung von Metallsulfiden und Metallhydroxiden Verdünnte Lösungen mit Zn2+-, Fe3+-, Al3+-, Cu2+- Ionen werden jeweils im Reagenzglas mit konz. Salzsäure angesäuert und mit Schwefelwasserstoffwasser versetzt. Welche Niederschläge werden im sauren Medium erhalten? Warum bilden sich in einigen Fällen erst Niederschläge nach der Zugabe von Ammoniaklösung zur Probe? Welche Produkte fallen im schwach sauren nach Ammoniakzugabe aus? Entsorgung: Schwermetallabfälle 7. Hauptgruppe 26 Löslichkeit von Jod Gib zu wenig festem Jod einige ml dest. Wasser und schüttle das Reagenzglas. Nach Zugabe von Kaliumjodidlösung wird sich das Jod auflösen. Entsorgung: Abwasser 27 Oxidation von Jodidionen durch Brom Versetze 2 ml Kaliumjodidlösung tropfenweise mit Bromwasser. Das entstehende Jod charakterisiere durch Zugabe von 2 ml Dichlormethan und Umschütteln. Jod löst sich in der schwereren organischen Phase mit violetter Farbe. Entsorgung: Organische halogenierte Lösungsmittelabfälle 28 Fällung von Silberbromid, -chlorid und –jodid Es werden 3 Reagenzgläser bereitgestellt und jeweils mit 3-5 ml einer Lösung von NaCl, NaBr bzw. KJ gefüllt. Zu jeder dieser Proben werden dann einige Tropfen Silbernitratlösung gegeben. Diese Lösungen werden jeweils in 2 Reagenzgläser aufgeteilt. Danach wird die Löslichkeit der Silberhalogenide in Ammoniaklösung sowie in einer Natriumthiosulfatlösung überprüft. Entsorgung: Silberabfälle 11 29 Reduktion von Perchlorat mit Eisen(II)hydroxid Eine Perchlorsäurelösung wird mit einigen ml einer frisch bereiteten Eisen(II)lösung versetzt. Zur Ausfällung des Eisen(II)hydroxids aus dieser Lösung fügt man dazu eine ausreichende Menge von konzentrierter Natronlauge. Danach wird die Probe einige Zeit zum Sieden erhitzt und der Niederschlag abfiltriert. Das Filtrat ist vorsichtig mit konz. Salpetersäure anzusäuern. Beim Versetzen mit Silbernitratlösung tritt ein weißer Niederschlag von Silberchlorid auf. ClO4- + 8Fe(OH)2 + 4H2O Cl- + 8Fe(OH)3 Man überzeuge sich, daß aus einer Natriumperchloratlösung bei Zusatz von Silbernitratlösung keine Fällung auftritt. Entsorgung: Filter: Restmüll, Filtrat: Silberabfälle 12 1. Nebengruppe 30 Auflösen von Kupfer und Zink in Säuren Metallisches Kupfer wird in je einem Reagenzglas mit folgenden Säuren versetzt: a) konzentrierte Salzsäure b) verdünnte Salpetersäure c) konzentrierte Schwefelsäure Versuche a) und b) werden jeweils mit einem kleinen Stück Zink (Zinkgranalie) wiederholt (Vorsicht! heftige Reaktion). Entsorgung: Zn- und Fe-Granalien-Becherglas 2. Nebengruppe 31 Reaktionen des Quecksilbers Eine Quecksilber(I)nitratlösung wird mit verd. Salzsäure versetzt. Der Niederschlag wird abfiltriert, und dieser wird auf dem Filterpapier mit Ammoniaklösung übergossen. Reaktion: Hg2Cl2 + 2NH3 NH2HgCl + Hg + NH4Cl Welcher Sonderfall einer Redoxreaktion liegt vor? 32 Giftigkeit von Quecksilber Die Giftigkeit vieler Schwermetalle beruht u.a. auf ihrer Fähigkeit, Enzymsysteme in den Organismen zu blockieren. In der Kartoffel z.B. ist ein Enzym (Katalase) enthalten, das die Zersetzung von H2O2 in Wasser und Sauerstoff katalysiert. Durch Quecksilber wird dieses Enzym desaktiviert. In zwei Reagenzgläser gibt man je 1 ml Wasser und einen kleinen Kartoffelwürfel (aus frischer Kartoffel). In eines der Gläser gibt man zusätzlich 1 ml Hg(NO3)2-Lösung, in das andere nochmals 1 ml Wasser. Dann tropft man zu beiden Lösungen die gleiche Menge 3%iges Wasserstoffperoxid. Nur im quecksilberfreien Reagenzglas beobachtet man Gasentwicklung (Sauerstoff). Sollte in beiden Gläsern eine Gasentwicklung stattfinden, verwendet man eine verdünntere H2O2-Lösung. Entsorgung: Quecksilber-Recyclingflasche nach Überprüfung 13 5. Nebengruppe 33 Darstellung von Natriumvanadat(V)lösung Eine Spatelspitze Vanadin(V)oxid wird mit 2-3 Natronlauge-Plätzchen in einem Reagenzglas langsam mit 15-20 ml dest. Wasser versetzt und geschüttelt (Vorsicht, starke Wärmeentwicklung). Die entstandene Lösung wird für Versuch 34 benötigt! Entsorgung: Wird für Versuch 34 benötigt. 34 Reduktion von Vanadat(V)ionen durch Zink in saurer Lösung Im Reagenzglas werden etwa 2 ml Natriumvanadat(V)lösung aus Versuch 33 mit 2 ml halbkonz. Salzsäure versetzt und eine Spatelspitze Zinkpulver zugegeben. Zink reduziert Vanadat(V)ionen stufenweise unter Bildung von Vanadinverbindungen niedrigerer Oxidationsstufen, die an ihren charakteristischen Farben zu erkennen sind. 2VO43- + Zn + 12H+ (farblos) 2VO2+ + Zn + 4H+ 2VO2+ + Zn2+ + 6H2O (blau) 2V3+ + Zn2+ + 2H2O (grün) 2V3+ + Zn 2V2+ + Zn2+ (violett) Entsorgung: Fe- und Zn-Granalien-Becherglas 6. Nebengruppe 35 Oxidation von Chrom(III)ionen durch Ammoniumperoxodisulfat Eine mit verd. Schwefelsäure angesäuerte Chrom(III)salzlösung wird mit etwas Ammoniumperoxodisulfat ((NH4)2S2O8) versetzt und gekocht. Entsorgung: Schwermetallabfälle 14 36 Reduktion von Dichromationen a) Zu einer schwefelsauren Dichromatlösung wird 3%iges Wasserstoffperoxid gegeben. b) Eine angesäuerte Dichromatlösung wird mit Methanol gekocht. c) Zu einer angesäuerten Dichromatlösung gibt man einige ml Weinsäurelösung. Entsorgung: Schwermetallabfälle 7. Nebengruppe 37 Oxidation von Mangan(II)ionen a) Eine Mangansulfatlösung wird mit festem Ammoniumperoxodisulfat zum Sieden erhitzt. b) Wiederhole den Versuch a) unter Zusatz einiger Tropfen Silbernitratlösung. Entsorgung: a) Schwermetallabfälle, b) Silberabfälle 38 Reduktion vom Mangandioxid zu Mangan(II)ionen a) In einem Reagenzglas wird eine Spatzelspitze Mangandioxid mit 5 ml konz. Schwefelsäure aufgeschlämmt und vorsichtig mit Wasserstoffperoxid erwärmt. Das entweichende Gas wird mit einem glimmenden Holzspan geprüft. b) Zu einer Spatelspitze Mangandioxid gibt man 2 ml verd. Salpetersäure sowie einige ml Kaliumnitritlösung und schüttelt. Entsorgung: Schwermetallabfälle 39 Oxidierende Wirkung von Kaliumpermanganat in saurer Lösung In 3 Reagenzgläser werden jeweils einige ml Kaliumpermanganatlösung gegeben und mit dem gleichen Volumen dest. Wasser verdünnt. Danach wird mit 2 ml verd. Schwefelsäure angesäuert. In die 3 Reagenzgläser tropft man bis zur Entfärbung folgende Lösungen: Oxalsäure, Zinn(II)chlorid, und Ammoniumeisen(II)sulfat. Entsorgung: Schwermetallabfälle 15 40 Oxidierende Wirkung von Kaliumpermanganat in alkalischer Lösung In 2 Reagenzgläser werden jeweils einige Tropfen Kaliumpermanganatlösung mit 5 ml dest. Wasser gegeben. In das eine Reagenzglas gibt man 1 ml Natriumsulfit und in das andere 1 ml Natriumhydroxidlösung und 1 ml Mangansulfatlösung. Entsorgung: Schwermetallabfälle 8. Nebengruppe 41 Reduktion von Eisen(III)ionen zu Eisen(II)ionen 2 Reagenzgläser werden mit jeweils 1 ml Eisen(III)chloridlösung gefüllt. Das erste Reagenzglas wird mit Zinn(II)chloridlösung und das zweite Reagenzglas wird mit Kaliumjodidlösung und Dichlormethan versetzt und geschüttelt. Entsorgung: Abwasser bzw. organisch halogenierte Lösungsmittelabfälle 42 Oxidation von elementarem Eisen In eine Kupfersulfatlösung wird ein blanker Eisennagel getaucht. Entsorgung: Schwermetallabfälle, Nagel: gelber Wertstoffbehälter 43 Berliner Blau und Thurnbulls Blau Zu einer Lösung von Kaliumhexacyanoferrat(II) werden einige Tropfen einer Eisen(III)salzlösung gegeben. Es entsteht ein blauer Niederschlag von Berliner Blau. Zu einem blauen Niederschlag (Thurnbulls Blau) führt auch die Umsetzung von Kaliumhexacyanoferrat(III) mit einer Eisen(II)salzlösung. Entsorgung: Abwasser 16 44 Fe(SCN)3, Massenwirkungsgesetz, Maskierung a) 2 Tropfen Eisen(III)chlorid- und 2 Tropfen KSCN-Lösung (beide Lösungen sollen etwa gleiche molare Konzentration besitzen) werden mit 5 ml verdünnter HCl versetzt. Gibt man die entstandene rote Lösung in ca. 50 ml Wasser, so wird sie gelb. Zu je 10 ml dieser Lösung fügt man einige Tropfen KSCN- bzw. Eisen(III)chloridlösung. In beiden Fällen tritt wieder Rotfärbung ein. Man erkläre diese Vorgänge mittels des MWG! b) Maskierung Man zeige, daß der Eisennachweis mit Rhodanid durch Fluoridionen gestört wird. F-Ionen maskieren das Fe3+ infolge Bildung des stabilen Hexafluorokomplexes [FeF6]3-. Entsorgung: Abwasser 45 Trennung von Eisen(III)- und Nickel(II)ionen Eine Lösung, die Eisen(III)- und Nickel(II)ionen enthält, wird mit etwas festem Ammoniumchlorid und danach in der Siedehitze mit Ammoniaklösung bis zur deutlich alkalischen Reaktion versetzt. Der entstehende Niederschlag wird abfiltriert und mit wenig dest. Wasser gewaschen. Welche Reaktionen sind abgelaufen? Welche Verbindung befindet sich im Filterrückstand, welche im Filtrat? Der Filterrückstand wird mit verd. Salzsäure gelöst und mit Kaliumthiocyanatlösung versetzt. Das Filtrat wird geteilt. In einem Teil wiederholt man den Eisennachweis, zum anderen Teil gibt man einige Tropfen Diacetyldioximlösung. Entsorgung: Schwermetallabfälle 17 Gruppenversuche A Gruppe 1. Tag 2. Tag 3. Tag B C D E Vormittag 2 Vormittag 3 Vormittag 4 Vormittag 5 Vormittag 1 Nachm. 3 Nachm. 4 Nachm. 5 Nachm. 1 Nachm. 2 Vormittag 4 Vormittag 5 Vormittag 1 Vormittag 2 Vormittag 3 Nachm. 5 Nachm. 1 Nachm. 2 Nachm. 3 Nachm. 4 Vormittag 1 Vormittag 2 Vormittag 3 Vormittag 4 Vormittag 5 18 Versuch 1 Löslichkeit Geräte: 1 Meßkolben (25 ml) 2 Meßkolben (100 ml) Vollpipetten (20 ml, 10 ml) 6 Bechergläser (100 ml) 3 Trichter Filterpapier 1 Spatel 1 Spritzflasche pH-Meter 2 Büretten 5 Erlenmeyerkolben (100 ml) Chemikalien: Fe(NO3)3 · 9 H2O ZnCl2 0.1 M HCl 1 M NaOH 1 M Na2S-Lösung NaCl KJ 1 M Pb(NO3)2-Lösung Ca(OH)2 in H2O Ca(OH)2 in 0.025 M NaOH Ca(OH)2 in 0.05 M NaOH Ca(OH)2 in 0.1 M NaOH Löslichkeit von Hydroxiden Herstellung von Lösungen: Stellen Sie je 100 ml einer 0,1 molaren ZnCl2-Lösung und einer 0,1 molaren Fe(NO3)3 · 9 H2O her. Durchführung: a) Zu jeweils 20 ml destilliertem H2O in zwei 100 ml Becherglas gibt man je 20 ml 0.1 M HCl und jeweils 10 ml der Fe3+- bzw. Zn2+-Lösungen. Mittels einer Bürette wird langsam unter Rühren eine 1 M Natronlauge zugetropft bis sich ein Niederschlag bildet. Der pHWert dieser Lösung wird mittels eines pH-Meters bestimmt. b) Versuchen Sie anhand des Versuches a) eine Trennung zwischen Fe3+ und Zn2+ zu erreichen! Auswertung: a) Bei welchen pH-Werten fallen die Hydroxide aus? Berechnen Sie die Löslichkeitsprodukte! Vergleichen Sie Ihre Werte mit der Literatur. b) Erläutern Sie die Trennung zwischen Fe3+ und Zn2+-Ionen! 19 Bestimmung des Löslichkeitsprodukts von Calciumhydroxid Durchführung: Pipettieren Sie jeweils 20 ml der klaren gesättigten Ca(OH)2-Lösungen in einen Erlenmeyerkolben. Fügen Sie etwas Indikator (Phenolphthalein) zu und titrieren Sie mit der 0.1 M Salzsäure bis zur Entfärbung. Der Säureverbrauch wird jeweils notiert. Auswertung: a) Tabellieren Sie den HCl-Verbrauch in ml, die OH—Gesamtkonzentration, den OH—Anteil des Ca(OH)2, die Ca2+-Ionenkonzentration und das Löslichkeitsprodukt in den 4 Lösungen. H2O NaOH (0.025 mol · l-1 ) NaOH (0.05 mol · l-1) NaOH (0.1 mol · l-1) V(HCl) ml c(OH-) mol · l-1 Gesamt c(OH-) mol · l-1 Anteil des NaOH c(OH-) mol · l-1 Anteil des Ca(OH)2 c(Ca2+) mol · l-1 KL b) Vergleichen Sie die Ergebnisse mit dem Tabellenwert und versuchen Sie eventuelle Abweichungen zu erklären. c) Erstellen Sie ein Diagramm, in dem die Ca2+-Konzentrationen gegen die OH- Konzentrationen aufgetragen werden. 20 Löslichkeit von Bleisalzen Herstellung von Lösungen: Stellen Sie je 100 ml einer 1 molaren NaCl- und KJ-Lösung her. Durchführung: In einem Erlenmeyerkolben werden 20 ml Pb(NO3)2-Lösung mit 40 ml NaCl-Lösung versetzt. Es fällt ein weißer Niederschlag aus. Der Niederschlag wird abfiltriert. Falls das Filtrat nicht klar ist, muss erneut filtriert werden. Zur Förderung der Zusammenballung des Niederschlags kann kurz erwärmt werden. Vor der Filtration wieder abkühlen lassen. 20 ml des Filtrats werden mit 20 ml KJ-Lösung versetzt. Der entstehende Niederschlag wird wieder abfiltriert. 10 ml dieses Filtrats werden mit 10 ml Na2S-Lösung versetzt. Entsorgung: Ba2+-, Pb2+- und Zn2+-Lösungen: Schwermetallabfälle Auswertung: a) Erklären Sie das Auftreten der unterschiedlichen Bleisalzniederschläge. b) Berechnen Sie die Pb2+-Konzentrationen der jeweiligen Lösungen nach den Fällungen mit Hilfe von Literaturdaten (Kd). Löslichkeit verschiedener Stoffe in unterschiedlichen Lösungsmitteln Geräte: 19 Reagenzgläser 1 Spatel 1 Spritzflasche Chemikalien: Spiritus Hexan Aceton Schwefel Kochsalz Glucose Speiseöl ´ 21 Durchführung: a) Füllen Sie je 4 Reagenzgläser zur Hälfte mit Wasser (dest.), Spiritus, Hexan und Aceton. Geben Sie dann zu den verschiedenen Flüssigkeiten jeweils eine kleine Spatelspitze Schwefel, Kochsalz, Glucose bzw. einen Tropfen Speiseöl. Schwefel Kochsalz Glucose Speiseöl Wasser Spiritus Hexan Aceton „+“ = löslich; „0“ = schlecht löslich; „-“ = nicht löslich b) Geben Sie in das erste Reagenzglas Sudanrot und Methylenblau. In das zweite nur Sudanrot und in das dritte Reagenzglas nur Methylenblau. (Die verwendeten Mengen sollen jeweils sehr klein sein.) Füllen Sie dann jedes Reagenzglas zu ¼ mit Wasser und geben Sie dann die gleiche Menge Hexan hinzu. Schütteln Sie die Lösungen anschließend. Auswertung: a) Geben Sie die Strukturformeln der verwendeten Lösungsmittel und Substanzen an. b) Tragen Sie Ihre Beobachtungen hinsichtlich de Löslichkeit in die Tabelle ein. c) Erklären Sie die unterschiedlichen Löslichkeiten. d) Erklären Sie den Versuch b). 22 Versuch 2 Massenwirkungsgesetz Versuch A: Bestimmung der Massenwirkungskonstante der Bildung des Fe(SCN)2+Komplexes Geräte: 8 Meßkolben (50 ml) 14 Meßkolben (25 ml) 4 Meßkolben (100 ml) Photometer 1 Spritzflasche Vollpipetten (2 x 25 ml, 3 x 10 ml, 50 ml, 5 ml) Chemikalien: Lösung 1 (0.5 M KNO3 in HNO3) Lösung 2 (Stammlösung KSCN: 6 · 10-4 M) Lösung 3 (Stammlösung Fe3+: 0.5 M) Durchführung: Herstellung einer Verdünnungsreihe für Fe3+-Ionen: Meßkolben A: 50 ml Lösung 3 Meßkolben B: 25 ml aus Meßkolben A + 25 ml Lösung 1 Meßkolben C: 25 ml aus Meßkolben B + 25 ml Lösung 1 Meßkolben D: 25 ml aus Meßkolben C + 25 ml Lösung 1 Meßkolben E: 25 ml aus Meßkolben D + 25 ml Lösung 1 Meßkolben F: 25 ml aus Meßkolben E + 25 ml Lösung 1 Meßkolben G: 25 ml aus Meßkolben F + 25 ml Lösung 1 Herstellung der Komplexe: Je 10 ml aus den Meßkolben A - G werden in 25 ml Meßkolben pipettiert und jeweils mit je 10 ml der Lösung 2 versetzt und gut geschüttelt. Herstellung der Blindwerte: Je 10 ml aus den Meßkolben A - G werden in 25 ml Meßkolben pipettiert und mit jeweils 10 ml Lösungsmittel 1 versetzt und geschüttelt. Die verschiedenen Komplexlösungen werden gegen die entsprechenden Blindwerte bei einer Wellenlänge von 455 nm gemessen und die entsprechenden Absorptionswerte ermittelt. 23 Versuch B: Verdünnung des Komplexes In 100 ml Meßkolben werden folgende Mischungen hergestellt und die Extinktionen der Lösungen gegen einen Blindwert der Lösung 1 gemessen. Lösung 1 0 ml 60 ml 90 ml 98 ml Lösung 2 50 ml 20 ml 5 ml 1 ml Lösung 3 50 ml 20 ml 5 ml 1 ml Entsorgung: Abwasser Auswertung: 1. Berechnen Sie die verschiedenen Fe3+-Konzentrationen in den Meßkolben A - G! 2. Tragen Sie die Extinktionen der verschiedenen Komplexe gegen die Fe3+Konzentration auf! 3. Tabellieren Sie die Gleichgewichtskonzentrationen aller Ionen (Fe3+, SCN- und Fe(SCN)2+) im Gleichgewicht für alle Fe3+-Konzentrationen. Zur Berechnung der Fe(SCN)2+-Konzentration im Gleichgewicht wird folgende Gleichung benutzt [Fe(SCN) 2 ] gemessene Extinktion 5922 (mol / l) 1 Zeigen Sie an einem Beispiel, wie Sie die verschiedenen Gleichgewichtskonzentrationen berechnet haben! 4. Ermitteln Sie für alle Fe3+-Konzentrationen die Massenwirkungskonstante der Bildung des Komplexes. 5. Tragen Sie die gemessenen Extinktionen des Versuchs B gegen die Komplexkonzentration auf. 6. Diskutieren Sie die Graphik! 24 Versuch 3 Titration Geräte: 1 Bürette 3 Erlenmeyerkolben 3 Wägeschiffchen Vollpipetten (10 ml) 1 Meßkolben (250 ml, 500 ml) 1 Spatel 1 Spritzflasche 1 Trichter Chemikalien: NaOH Weinessig Phenolphthalein-Lösung Herstellung von Lösungen: Stellen Sie 500 ml einer 0,1 M Natronlauge zur Titration des Urtiters und des Weinessiges her. Wiegen Sie ca. 50 g Weinessig genau in den 250 ml Messkolben ein. Durchführung: a) Faktorbestimmung der 0,1 M NaOH Ca. 5 g Kaliumhydrogenphthalat-Urtitersubstanz werden auf einem Uhrglas 2 Stunden bei 110 °C im Trockenschrank getrocknet. Lassen Sie danach die Substanz ca. 30 min. im Exsikkator abkühlen, bevor Sie ca. 700 - 800 mg Urtiter in 3 Erlenmeyerkolben exakt einwiegen. Lösen Sie das Kaliumhydrogenphthalat in ca. 75 ml dest. Wasser, wobei wenn nötig - erhitzt wird. Zu diesen Lösungen geben Sie 3-5 Tropfen PhenophthaleinLösung als Indikator zu. Titrieren Sie diese Lösungen mit der selbst hergestellten 0,1 M NaOH bis zum ersten Auftreten einer schwachen Rosafärbung, die 20 sec. lang anhält. f theoretisc her Verbrauch tatsächlic her Verbrauch 25 b) Bestimmung des Essigsäuregehaltes von Weinessig Zur titrimetrischen Bestimmung werden in 3 Erlenmeyerkolben jeweils 10 ml der Weinessiglösung pipettiert und mit ca. 50 ml dest. Wasser verdünnt. Nach Zusatz von 3 Tropfen Phenophthalein-Lösung werden diese mit der 0,1 M NaOH unter ständigem Umschwenken des Erlenmeyerkolbens bis zum Auftreten einer Rosafärbung titriert, die 20 sec. lang anhalten muß. Entsorgung: Abwasser Auswertung: a) Berechnen Sie die exakte Konzentration der Natronlauge! b) Erläutern Sie die Begriffe Äquivalenzpunkt, Neutralisation und Indikator! c) Berechnen Sie den Essigsäuregehalt des Weinessigs in %! 26 Versuch 4a Bestimmung von Säure- und Basenkonstanten Geräte: 1 pH-Meter Vollpipetten (50 ml, 25 ml, 20 ml, 5 ml, 2 ml, 1 ml, 0,5 ml) 14 Meßkolben (100 ml) 15 Bechergläser (100 ml) 1 Spritzflasche Chemikalien: 1 molare CH3COOH 2 molare Ammoniaklösung 0,5 molare HCl Durchführung: Zuerst werden jeweils 0,5 molare, 0,1 molare, 0,05 molare, 0,01 molare und 0,005 molare Lösungen von Ammoniak, Essigsäure und Salzsäure in 100 ml Meßkolben durch entsprechende Verdünnung hergestellt. Der pH-Wert dieser Lösungen wird in Bechergläsern mittels eines pH-Meters bestimmt. Entsorgung: Abwasser Auswertung: a) Geben Sie die 3 Reaktionsgleichungen und das MWG dieser Reaktionen an! b) Tabellieren Sie für jeden der 3 Stoffe die Gleichgewichtskonzentrationen an H3O+, OH-, CH3COOH, NH3 und HCl aus den ermittelten pH-Werten! Vergleichen Sie die Anfangskonzentration von CH3COOH, HCl und NH3 mit den Gleichgewichtskonzentrationen. c) Definieren Sie den Protolysegrad und berechnen ihn von Ammoniak und Essigsäure für alle Konzentrationen. d) Ermitteln Sie die Gleichgewichtskonstante für Ammoniak und Essigsäure. e) Vergleichen Sie die Mittelwerte (aus d)) Ihrer berechneten KS bzw. KB-Werte mit den Literaturangaben. 27 Versuch 4b Puffer Geräte: 1 pH-Meter 1 Spatel 2 Büretten 1 Spritzflasche 10 Bechergläser (50 ml) 2 Trichter 7 Bechergläser (100 ml) 1 Becherglas (250 ml) 2 Meßkolben (250 ml) Vollpipetten: (50 ml, 25 ml, 20 ml, 5 ml, 2 ml, 1 ml, 0,5 ml) Chemikalien: 0,1 molare HCl 0,1 molare NaOH Methylorange Phenolphthalein-Lösung KH2PO4 Na2HPO4 12H2O Herstellung von Lösungen: Stellen Sie jeweils 250 ml einer 0,1 molaren Na2HPO4 und einer 0,1 molaren KH2PO4Lösung her. Durchführung: a) Mischen Sie mittels Vollpipetten nach dem nachfolgenden Schema folgende Pufferlösungen in 100 ml Bechergläsern (Zugaben in ml): Nr. 1 2 3 4 5 6 7 KH2PO4 1 5 25 50 50 2,0 0,5 Na2HPO4 50 50 25 5 1 2,0 0,5 H2 O 0 0 0 0 0 50 50 Messen Sie die pH-Werte der Pufferlösungen. b) Aus den Pufferlösungen Nr. 1, 3, 5 und 7 werden jeweils 20 ml in je zwei 50 ml Bechergläser pipettiert. Sie haben nun aus jeder Pufferlösung 2 Bechergläser mit jeweils 20 ml Lösung. Geben Sie zu einem Becherglas von jeder Pufferlösung 2 Tropfen Methylorange und in das andere Becherglas von jeder Pufferlösung 2 Tropfen Phenolphthalein. Mittels einer Bürette wird so lange 0,1 molare HCl zu den mit Methylorange versetzten Proben bzw. 0,1 molare NaOH zu den mit Phenolphthalein versetzten Proben zugegeben, bis eine Farbänderung auftritt. Vergleichen Sie diese Ergebnisse mit 20 ml destilliertem Wasser. Entsorgung: Abwasser 28 Auswertung: a) Berechnen Sie die Konzentrationen der Salze in den Mischungen. b) Tabellieren Sie die Salzkonzentrationen (aus a), die gemessenen pH-Werte und die Zugabe (ml) an Säure und Base zu den Lösungen. c) Vergleichen Sie die Pufferkapazität der verschiedenen Pufferlösungen! d) Vergleichen Sie die gemessenen pH-Werte mit den mittels der Henderson-HasselbalchGleichung berechneten pH-Werten. e) Welches Salz aus der Pufferlösung ist die Säure bzw. Base? Geben Sie die Reaktionsgleichung der Säure mit Wasser an. Definieren Sie den pKs-Wert. 29 Versuch 5a Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration der Edukte Geräte: 1 Stoppuhr 1 Meßkolben (500 ml) 2 Meßkolben (1000 ml) Vollpipetten: (5 ml, 10 ml, 20 ml, 25 ml, 50 ml) 6 Erlenmeyerkolben (300 ml) 1 Meßzylinder (50 ml) 3 Trichter 1 Spatel 1 Spritzflasche Chemikalien: KJ Na2S2O3 Stärkelösung (NH4)2S2O8 Durchführung: Stellen Sie 1000 ml einer 0,15 molaren KJ-Lösung (Lösung A), 500 ml einer 0,005 molaren Natriumthiosulfatlösung (Lösung B), und 1000 ml einer 0,15 molaren Ammoniumperoxodisulfatlösung (Lösung C) her. Bei den Versuchen Nr. 1 bis Nr. 6 werden die Lösungen B und C und Wasser und 3 Tropfen Stärkelösung, wie in der Tabelle angegeben, in einen 300 ml-Erlenmeyerkolben gegeben. Alle Lösungen werden mittels Vollpipetten in die Erlenmeyerkolben pipettiert. Dazu fügt man mittels eines 50 ml Meßzylinders die Lösung A, startet sofort die Uhr und schüttelt gut um. Die Zeit bis zum ersten Auftreten der blauen Farbe wird gemessen. Bei den Versuchen Nr. 7 bis Nr. 12 werden die Lösungen A und B und Wasser und 3 Tropfen Stärkelösung gemischt und mit der Lösung C versetzt. 30 Versuch Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Lösung A [ml] 50 50 50 50 50 50 50 40 30 20 10 5 Lösung B [ml] 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 Wasser [ml] 75 70 60 50 40 30 30 40 50 60 70 75 Lösung C [ml] 5 10 20 30 40 50 50 50 50 50 50 50 Entsorgung: Abwasser Auswertung: a) Stellen Sie die Reaktionsgleichung dieser Reaktion auf. b) Erklären Sie die Funktion der Stärke. c) Bestimmen Sie die jeweiligen Konzentrationen von Jodid und Peroxodisulfat in den Lösungen 1-12 nach Zugabe aller Komponenten und tragen sie zusammen mit den ermittelten Zeiten tabellarisch auf. d) Stellen Sie den Zusammenhang zwischen der Reaktionsgeschwindigkeit und der Jodid(Versuch Nr. 7 – 12) sowie Peroxodisulfatkonzentration (Versuch Nr. 1 – 6) graphisch dar, indem Sie die Konzentrationen gegen die Zeit auftragen. e) Tragen Sie die Jodid- bzw. Peroxodisulfatkonzentration gegen 1/t auf. 31 Versuch 5b Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit Geräte: 1 Stoppuhr 1 Waage 2 Erlenmeyer (300 ml) 2 Bechergläser (50 ml) 1 Mörser mit Pistill 1 Vollpipette (5 ml) 1 Spritzflasche 1 Spatel Chemikalien: 0,5 molare HCl Marmor Durchführung: Auf einer oberschaligen Waage werden in einem 300 ml-Erlenmeyerkolben zu 30 g Marmorstücken 25 ml 0,5 M Salzsäure gegeben. Beim Eingießen der Säure wird die Uhr gestartet. Die Öffnung des Erlenmeyer wird mit einem Wattebausch verschlossen. In Abständen von alle 10 Sekunden notiert man die Masse. Wiederholen Sie den Versuch. Entsorgung: Abwasser 32 Auswertung: a) Zeichnen Sie ein Diagramm des Masseverlusts (Ordinate) in Abhängigkeit von der Zeit. b) Geben Sie die Reaktionsgeschwindigkeit bezogen auf die Zunahme der Ca2+ und die Abnahme der H3O+ Ionen-Konzentration an. c) Zu welchem Zeitpunkt ist die Reaktion am schnellsten? 33 Anhang Gleichgewichtskonstanten in Wasser 1. Dissoziationskonstanten einiger Säuren bei 25°C Name Ameisensäure Essigsäure Kohlensäure Phosphorsäure Schwefelwasserstoff Schwefelige Säure 1. Formel HCHO2 HC2H3O2 H2CO3 H3PO4 H2S H2SO3 Ka1 1.8 x 10-4 1.8 x 10-5 4.3 x 10-7 7.5 x 10-3 5.7 x 10-8 1.7 x 10-2 Ka2 Ka3 5.6 x 10-11 6.2 x 10-8 1.3 x 10-13 6.4 x 10-8 4.2 x 10-13 Dissoziationskonstanten einiger Basen bei 25°C Name Ammoniak Trimethylamin Formel NH3 (CH3)3N Kb 1.8 x 10-5 6.4 x 10-5 2. Löslichkeitsprodukte einiger Verbindungen bei 25°C Name Bariumcarbonat Bariumhydroxid Bleisulfid Calciumcarbonat Calciumhydroxid Eisen(II)-hydroxid Eisen(III)hydroxid Kupfer(II)-sulfid Magnesiumhydroxid Silberbromid Silberchlorid Zinkhydroxid Zinksulfid Formel BaCO3 Ba(OH)2 PbS CaCO3 Ca(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 CuS Mg(OH)2 AgBr AgCl Zn(OH)2 ZnS KL 5.1 x 10-9 5 x 10-3 8.0 x 10-28 2.8 x 10-9 5.5 x 10-6 8.0 x 10-16 5.0 x 10-38 6.3 x 10-36 1.8 x 10-11 5.0 x 10-13 1.8 x 10-10 1.2 x 10-17 1.1 x 10-21 3. Komplexbildungskonstanten einiger Metallkomplexe in Wasser bei 25°C Komplex-Ion Ag(NH3)2]+ [Ag(S2O3)2]3[Cu(NH3)4]2+ [Ni(NH3)6]2+ [Fe(CN)6]4[Fe(CN)6]3[Ni(1,2-Diamino)3]2+ [Cu(1,2-Diamino)2]2+ Kf 1.7 x 107 2.9 x 1013 5 x 1012 5.5 x 108 1 x 1035 1 x 1042 2 x 1018 1 x 1020 Gleichgewichtsreaktion Ag+ + 2NH3 → [Ag(NH3)2]+ Ag+ + 2S2O32- → [Ag(S2O3)2]3Cu2+ + 4NH3 → [Cu(NH3)4]2+ Ni2+ + 6NH3 → [Ni(NH)6]2+ Fe2+ + 6CN- → [Fe(CN)6]4Fe3+ + 6CN- → [Fe(CN)6]3Ni2+ + 3 (1,2-Diamino) → [Ni(1,2-Diamino)3]2+ Cu2+ + 2 (1,2-Diamino) → [Cu(1,2-Diamino)]2+ 34 Nachschlage- und Tabellenwerke für physikalisch-chemische Daten - Küster, Thiel: Rechentafeln für die chemische Analytik Walter de Gruyter Verlag, Berlin-New York 102. Auflage, 1982 - Weast, R.C.: Handbook of chemistry and physics CRC Press, Boca Raton, Florida, 65th ed., 1984 - Kaltofen, R.: Tabellenbuch Chemie Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 10. Auflage, 1986 - Harrison, R.C.: Datenbuch Chemie, Physik Vieweg Verlag, Braunschweig, 1982 - d’Ans, J.: Taschenbuch für Chemiker und Physiker Springer Verlag, Berlin - Landolt-Börnstein: Zahlenwerte und Funktionen aus Naturwissenschaft und Technik Springer Verlag, Berlin - Lehrbücher der allgemeinen und anorganischen Chemie 35
