C1 Erhitzen von Kupfer(II)-sulfat

Praktikumstag 3: Kennzeichen Chemischer Reaktionen
Chemische Reaktionen lassen sich anhand einiger charakteristischer Kennzeichen erkennen.
Produkte einer Reaktion haben gegenüber den Ausgangsstoffen veränderte chemische
Eigenschaften, bei Reaktionen wird immer Energie verbraucht oder abgegeben und es gilt der
Massenerhaltungssatz - Stoffe können bei chemischen Reaktionen in geschlossenen Systemen nicht
verschwinden, aus dem Nichts können sich auch keine neuen Stoffe bilden.
C1 Erhitzen von Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat
Geräte
Reagenzglas, Thermometer
Reagenzglasklammer
Chemikalien
Kupfer(II)-sulfat x 5H2O:
Wasser
Bunsenbrenner
Achtung,
H 302, 315, 319, 410;
P 264.1, 273, 280.3, 301+312,
302+352, 305+351+338
Erhitzen Sie 2 g Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat in einem RG über der nicht leuchtenden Flamme
Ihres Bunsenbrenners, bis keine Feuchtigkeit mehr aus der Substanz entweicht.
Überführen Sie die Substanz in ein neues trockenes RG, stellen Sie ein Thermometer hinein und
geben ca. 1 ml Wasser hinzu.
Aufgaben zu C1
1. Wie liegen die fünf Wassermoleküle in der festen Substanz CuSO4 x 5H2O vor?
2. Welche Bedeutung haben die Begriffe Enthalpie, endotherm und exotherm?
3. Wenden Sie diese Begriffe auf die durchgeführten Versuche an.
4. Kupfer(II)-sulfat wird in Schulversuchen häufig zum Nachweis von Wasser benutzt. Erklären
Sie, wie dieser Nachweis abläuft.
5. Handelt es sich bei den Versuchen in C1 um chemische Reaktionen? Begründen Sie.
Praktikumstag 3: Kennzeichen Chemischer Reaktionen
C2.1 Lösungswärme von Salzen
Geräte
Reagenzgläser
Thermometer
Chemikalien
Ammoniumnitrat:
Calciumchlorid und
Gefahr,
Calciumchlorid x 6 H2O:
H271
P210, 221, 280.3
Natriumchlorid, Bariumsulfat
Achtung,
H319, P305+351+338, 337+313
Lösen Sie jeweils 1 g festes Ammoniumnitrat, Calciumchlorid mit und ohne Kristallwasser,
Natriumchlorid und Bariumsulfat in 3 ml dem. Wasser. Messen Sie die Temperaturänderung der
Lösungen während des Lösungsvorgangs.
Aufgaben zu C2.1
1. Ammoniumnitrat wird neben seiner Verwendung als Kunstdünger und Sprengstoff auch von der
Wintersportindustrie benutzt. Können Sie nach der Durchführung von Versuch C2 erahnen
welchem Zweck es dient?
2. Warum ist Bariumsulfat, abweichend von den anderen Barium-Salzen nicht toxisch oder
gesundheitsschädlich und wird sogar als Röntgen-Kontrastmittel eingesetzt?
3. Definieren Sie die Begriffe Gitterenergie, Lösungsenthalpie und Hydratationsenthalpie und
stellen Sie einen Zusammenhang zu den beobachteten Lösungsvorgängen her.
Praktikumstag 3: Kennzeichen Chemischer Reaktionen
C2.2 Verdünnung von konz. Schwefelsäure
Geräte
Becherglas
Thermometer
Chemikalien
Schwefelsäure:
dest.Wasser
Gefahr,
H290, 314
P280, 301+330+331,
305+351+338, 309+310
Verdünnen Sie 10 ml konz. Schwefelsäure mit 90 ml dest. Wasser, indem Sie die Säure vorsichtig
an einem Thermometer zu dem Wasser zufließen lassen. Messen Sie gleichzeitig die
Temperaturänderung während des Verdünnungsvorgangs.
Aufgaben zu C2.2
1. Dass Sie die Verdünnung niemals in der umgekehrten Reihenfolge vornehmen sollten
dokumentiert der Satz: „Erst das Wasser, dann die Säure, sonst geschieht das Ungeheure.“
Weshalb besteht gerade bei der Wasserzugabe zur konzentrierten Schwefelsäure Gefahr?
2. Wenn Sie konzentrierte Schwefelsäure an der Luft stehen lassen tritt in einem gewissen Umfang
eine Verdünnung von selber ein. Welche Eigenschaft der Schwefelsäure ist dafür verantwortlich?
3. Vergleichen Sie mit C2.1. Woraus resultiert in diesem Fall die auftretende Temperaturänderung?
Praktikumstag 3: Kennzeichen Chemischer Reaktionen
C3 Exotherme und endotherme Reaktionen
Geräte 3.1
Reagenzglas
Bunsenbrenner
Chemikalien 3.1
Eisenpulver
Schwefel:
Magnet
Achtung,
H315, 228
P 280, 302+352
Füllen Sie Eisenpulver und Schwefel im Stoffmengenverhältnis 1:1 (berechnen, ausgehend von 1g
Eisenpulver) in ein trockenes Reagenzglas und erhitzen dieses bis zum Einsetzen einer chemischen
Reaktion. Entfernen Sie dann augenblicklich den Bunsenbrenner. Untersuchen Sie die
Ausgangsstoffe und das Produkt durch Auftropfen von wenig verd. Salzsäure (Leitgedanke: Ist das
gemörserte Produkt nur ein zusammengeschmolzenes Gemisch aus Schwefel und Eisen oder ein
neuer Stoff?) In einem Fall entsteht mit der Salzsäure ein sehr giftiges Produkt. Unbedingt im
Abzug durchführen!!!
Geräte 3.2
Reagenzglas,
Bunsenbrenner, Stativ
Chemikalien 3.2
Kupfer(II)-acetatMonohydrat:
Gefahr
H302, 318, 410
P264.1, 273, 280.3,
301+312, 305+351+338
Füllen Sie ein Reagenzglas etwa 1 cm hoch mit Kupfer(II)-acetat-Monohydrat. Spannen Sie das
Reagenzglas in ein Stativ ein und beginnen Sie vorsichtig zu erhitzen. Fahren Sie so lange mit dem
Erhitzen fort, bis eine merkliche Veränderung des Stoffes auftritt. Nehmen Sie nun vorsichtig durch
Zufächeln eine Geruchsprobe.
Praktikumstag 3: Kennzeichen Chemischer Reaktionen
Aufgaben zu C3
1. Welche Rolle spielt die Energiezufuhr durch Erhitzen für die beiden Reaktionen?
2. Stellen Sie Energiediagramme, welche die Energieinhalte der Edukte und Produkte sowie die
Änderungen während des Reaktionsverlaufs dokumentieren, für die Umsetzungen auf.
3. Ordnen Sie den Reaktionen die Begriffe exotherm, endotherm, Analyse und Synthese zu.
4. Neben Kupferacetat lässt sich z.B. auch rotes Quecksilberoxid verwenden, um in die
entsprechende Thematik einzuführen. Was geschieht, wenn man HgO erhitzt und warum ist
dieser Versuch für die Schule nicht zu empfehlen?
C4 Der Eisen/Schwefel-Versuch mal anders (ohne Eisen)
Die Einführung in die chemische Reaktion mit Hilfe des Versuchs C3.1 ist umstritten, obwohl er
sehr gut funktioniert. Das hat wesentlich mit den magnetischen Eigenschaften von Edukten und
Produkt zu tun, die in Chemie Schulbüchern häufig zur Charakterisierung herangezogen werden.
Andere Metalle reagieren jedoch ebenfalls mit Schwefel, dabei hängt die Heftigkeit der Reaktion
mit dem Charakter des Metalls zusammen. Je edler das Metall ist, desto langsamer verläuft die
Reaktion. Unedle Metalle wie z.B. Magnesium reagieren hingegen fast explosionsartig mit
geschmolzenem Schwefel.
Recherchieren Sie in Schulbüchern oder im Internet auf geeigneten Seiten, wie z.B.
www.chemieunterricht.de
oder
www.seilnacht.com
,
welche
Versuche
sich
für
den
Chemieunterricht eignen und führen Sie nach Absprache mit den Assistenten einen dieser
Versuche durch.
Aufgaben zu C4
1. Erstellen Sie für das Protokoll eine Versuchsvorschrift, incl. Gefahrstoffangaben und
Entsorgungshinweisen.
2. Ordnen Sie wenigstens vier Metalle nach der Heftigkeit der Reaktion mit Schwefel in einer
Reihe an (mit Begründung).
Praktikumstag 3: Kennzeichen Chemischer Reaktionen
C5 Eisen kann auch langsam
Nicht alle chemischen Reaktionen verlaufen schnell und unter messbarer Temperaturentwicklung.
Trotzdem gibt es deutliche Anzeichen dafür, dass eine Reaktion erfolgt ist.
Geräte 5
Reagenzgläser
Becherglas
Chemikalien 5
Stahlwolle
Natriumchlorid-Lösung
Silikon- oder Maschinenöl
Geben Sie in drei Reagenzgläser jeweils etwas Stahlwolle, die aber von Fall zu Fall
unterschiedliche vorbehandelt wird.
In RG 1 geben Sie entfettete Stahlwolle und feuchten mit
wenigen Tropfen dem.Wasser an.
In RG 2 geben Sie entfettete Stahlwolle und ein paar Tropfen
Kochsalzlösung.
In RG 3 geben Sie etwas Stahlwolle, die vorher in Öl getaucht
wurde mit etwas dem. Wasser.
Anschließend verschließen Sie die Reagenzgläser mit einem
durchbohrten Gummistopfen, in den Sie vorsichtig eine PasteurPipette eingeführt haben und drehen die drei Reagenzgläser auf
den Kopf (die Stopfen sollten nicht herausfallen, die Stahlwolle
sollte im nun oberen Teil des RGs bleiben) und befestigen sie so
an einem Reagenzglashalter, dass die Pipetten ca. 1-2 cm tief in ein mit Wasser gefülltes Becherglas
eintauchen (siehe Abbildung). Beobachten Sie über einen längeren Zeitraum.
Praktikumstag 3: Kennzeichen Chemischer Reaktionen
C6 Spontane, endotherme Reaktionen kristalliner Festkörper
Geräte
Bechergläser
Tieftemperaturthermometer
(wird vom Assistenten
ausgegeben)
Chemikalien
Bariumhydroxid-octahydrat:
Gefahr,
Ammoniumnitrat:
Natriumsulfat-decahydrat
Gefahr,
Ammoniumthiocyanat:
H302, 314, 332,
P280, 305+351+338,
H271,
307+310
P210, 221, 280.3
Eisennitrat-nonahydrat:
Ammoniumchlorid:
Achtung,
Achtung,
H272, 351, 319,
H302,319
P302+352,
P301+312, 305+351+338,
305+351+338
337+313
Achtung,
H332, 312, 302, 412
P261, 273, 302+352,
309+311, 304+340
Mischen Sie 0,02 mol Bariumhydroxid-octahydrat mit 0,02 mol Ammoniumnitrat, indem Sie die
berechneten und abgewogenen Mengen in einem kleinen Becherglas oder Erlenmeyerkolben mit
einem Glasstab verrühren. Messen Sie die auftretende Temperaturänderung mit einem
Tieftemperaturthermometer (bitte pfleglich behandeln und nach dem Versuch sofort an die
Assistenten zurück).
Verfahren Sie genauso mit folgenden Mischungen:
0,02 mol Bariumhydroxid-octahydrat und 0,02 mol Ammoniumthiocyanat
0,02 mol Natriumsulfat-decahydrat und 0,02 mol Ammoniumchlorid
0,02 mol Natriumsulfat-decahydrat und 0,02 mol Eisennitrat-nonahydrat.
Aufgaben zu C6
1. Was bedeutet in der Thermodynamik der Begriff „spontane Reaktion“?
2. Erklären Sie mithilfe der Gibbs-Helmholtz-Gleichung, warum die durchgeführten Reaktionen
spontan ablaufen können. Was ist Entropie? Welchen Einfluss hat der Entropieterm auf die
Reaktionen?
3. Auch die Verdunstung ist ein spontaner, endothermer Vorgang. Erklären Sie.
Praktikumstag 3: Kennzeichen Chemischer Reaktionen
C7 Demoversuch – Massenerhaltung bei chemischen Reaktionen
Geräte 5
Balkenwaage
Chemikalien 5
Stahlwolle
Kerzen
Von Ihrem Saalassistenten werden auf einer Balkenwaage zwei Teelichte ins Gleichgewicht
gebracht, anschließend wird eines davon entzündet. Beobachten Sie die Waagenstellung
In einem zweiten Versuch wird Stahlwolle auf den beiden Waagschalen ins Gleichgewicht gebracht
und auf einer Seite entzündet.
Aufgaben zu C7
1. Erklären Sie im Protokoll, wie die beiden Versuche mit der Regel, dass bei einer chemischen
Reaktion die Massenerhaltung gilt, in Einklang zu bringen sind.
2. Wie müssten Sie die Versuche gestalten, dass der Massenerhaltungssatz sich auch im
beobachtbaren Phänomen widerspiegeln würde?
3. Es gibt Reaktionen, z.B. die Kernfusion oder die Kernspaltung, bei denen die
Massenerhaltung nicht gilt. Erklären Sie.
Für die Vorbereitung des Versuchstages sind folgende Stichworte relevant:
exotherm, endotherm, Freie Enthalpie, Enthalpie, Entropie, endergonisch, exergonisch, freiwillige
(spontane)
Reaktion,
Gibbs-Helmholtz-Gleichung,
Lösungsenthalpie, Korrosion
Gitterenergie,
Hydratationsenthalpie,