Giftige und ätzende Gase (Kap.3)

LSW NRW Soest

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3 Experimente für den Unterricht
3.1 Kohlenstoffmonooxid
3.1.1 Kohlenstoffmonooxid im Zigarettenrauch
3.1.2 Kohlenstoffmonooxid-Nachweis in Autoabgasen
3.1.3 Darstellung von Kohlenstoffmonooxid aus Methansäure (Ameisensäure) und Schwefelsäure und Nachweis der Brennbarkeit von Kohlenstoffmonooxid in Luft
3.1.4 Reduktion von Kohlenstoffdioxid mit Kohlenstoff zu Kohlenstoffmonooxid
3.1.5 Qualitative Reduktion von Kupferoxid mit Kohlenstoffmonooxid als Demonstration eines technischen Verfahrens zur Metallgewinnung
3.2 Chlorwasserstoff (Hydrogenchlorid)
3.2.1 Darstellung von Chlorwasserstoff aus Natriumchlorid und Schwefelsäure; "Salzsäure- Springbrunnen"
3.2.2 Löslichkeit und Protolyse von Chlorwasserstoff
3.3 Ammoniak
3.3.1 Darstellung von Ammoniak aus Ammoniumsalzen mit Natriumhydroxid; "Ammoniak- Springbrunnen"
3.3.2 Mikrochemischer Nachweis von Ammoniak durch Freisetzung aus Eiweiß (z.B. Albumin) mit Natriumhydroxid.
3.4 Stickstoffoxide
3.4.1 Darstellung von Stickstoffdioxid aus Bleinitrat durch Pyrolyse
3.4.2 Darstellung von Stickstoffdioxid aus Kupfer mit konzentrierter Salpetersäure
3.4.3 Verbrennung von Ammoniak mit Luftsauerstoff am Platinkontakt und Umsetzung der Stickoxide mit Ammoniak und Wasser
3.4.4 Nachweis von Stickoxiden im Zigarettenrauch
3.5 Schwefelwasserstoff (di-Hydrogensulfid)
3.5.1 Darstellung von Schwefelwasserstoff aus Eisensulfid und Salzsäure
3.5.2 Darstellung von Schwefelwasserstoff durch Pyrolyse eines Gemisches von Paraffin und Schwefel zur Weiterverwendung im Kolbenprober oder zur direkten Metallsulfid-Fällung
3.5.3 Löslichkeit von Schwefelwasserstoff in Wasser bzw.verdünnter Lauge.
3.5.4 Fällung von Schwermetallsulfiden
3.5.5 Brennbarkeit von Schwefelwasserstoff
3.5.6 Synproportionierung von Schwefelwasserstoff mit Schwefelverbindungen höherer Oxidationsstufen Schwefeldioxid
3.6.1 Die Oxidation von Schwefel mit Luftsauerstoff und der Nachweis der reduzierenden Wirkung von Schwefeldioxid in Wasser
3.6.2 Darstellung und Demonstration der verschiedenen Eigenschaften von Schwefeldioxid

 

3 Experimente für den Unterricht

3.1 Kohlenstoffmonooxid

An den hier vorgestellten Experimenten mit giftigem Kohlenstoffmonooxid soll exemplarisch der Umgang mit giftigen Gasen überhaupt aufgezeigt werden. Außerdem soll an Hand des Kohlenstoffmonooxids belegt werden, daß das im Alltag auftretende giftige Gas (Autoabgase, unvollständige Verbrennung, Hochofenprozeß) im Chemieunterricht in allen Bedeutungen unter Berücksichtigung des sachgerechten Umgangs mit Gefahrstoffen experimentell vorzustellen ist. Für den Nachweis von Kohlenstoffmonooxid kommen zwei Redox-Reagenzien in Betracht: Wäßrige Lösung von Palladium(II)chlorid und ammoniakalische Silbernitrat -Lösung Beide Nachweismittel sind ätzend (C).

Kohlenstoffmonooxid-Reagenz: Palladium(II)-chlorid

Zum Nachweis von Kohlenstoffmonooxid eignet sich laut Literatur gut die Reaktion mit Palladium(II)-chlorid (1 g in 500 mL dest. Wasser). Die frisch angesetzte Lösung reagiert vergleichsweise schnell und empfindlich. Sie ist wegen der gelblichen Eigenfarbe am besten im Vergleich mit einer Blindprobe zu beurteilen. Jedoch ist das Reagenz teuer und hat sich nach eigenen Erfahrungen als nicht so lange haltbar erwiesen. Unter der Einwirkung von Kohlenstoffmonooxid färbt sich die Lösung unter Bildung von kolloidalem Palladium braun-schwarz.

Kohlenstoffmonooxid-Reagenz: Ammoniakalische Silbernitrat -Lösung

Die Lösung ist jedesmal frisch anzusetzen. Dazu werden 0,17 g Silbernitrat in wenig Wasser gelöst, hinzu kommen 3,6 mL 10%iger Ammoniak-Lösung und 20 mL 8%iger Natriumhydroxid-Lösung, c(NaOH) = 2 mol*L-1. Die Lösung wird auf V = 100 mL mit deionisiertem Wasser aufgefüllt.Vergleich der Reagenzien auf KohlenstoffmonooxidNach längeren eigenen Erfahrungen ist die Reaktion mit Palladium(II)-chlorid zum Nachweis von Kohlenstoffmonooxid nicht der einer ammoniakalischen Silbernitrat-Lösung vorzuziehen. Da Silbernitrat in Schullaboratorien in der Regel vorhanden ist, lohnt sich die Anschaffung von Palladium(II)-chlorid speziell für den Kohlenstoffmonooxid-Nachweis nicht , es reagiert zwar schneller und ist empfindlicher, ist jedoch weniger haltbar als in der Literatur angegeben. Bei der Verwendung von ammoniakalischer Silbernitrat-Lösung ist zwingend zu beachten, daß diese umgehend durch Ansäuern mit verdünntem Ammoniak entsorgt wird, um die Bildung hochexplosiver Silberverbindungen zu verhüten.

3.1.1 Kohlenstoffmonooxid im Zigarettenrauch

Vorbemerkung: Die Anwesenheit von Kohlenstoffmonooxid im Rauchgas einer Zigarette kann mit Palladium(II)-chlorid nachgewiesen werden. Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille

Geräte

Halbmikro: Glastrichter, T-Stück, Reagenzglas mit seitlichem Ansatz, Gaseinleitungsrohr mit langer Spitze, 1 Verschlußkappe, 3 Dichtungen, Wasserstrahlpumpe

Makro: Glastrichter, Gummischlauch, Gaswaschflasche, Wasserstrahlpumpe

Versuchsaufbau: Zigarette, Palladium(II)-chlorid-Lösung, w(PdCl2)= 2 0/00

Abb. (P002) Halbmikro

Abb. (A02) Makro

Zigarette Zigarette zur Pumpezur PumpePalladium(II)-chloridPalladium(II)-chlorid -->Abb. (P002/A02): Kohlenstoffmonooxid-Nachweis im Zigarettenrauch

Durchführung: In eine Gaswaschflasche wird ca. 1 mL Palladium(II)-chlorid-Lösung als Reagenz gefüllt. Die Gaswaschflasche wird mit einer Saugpumpe verbunden. Die Zigarette wird entzündet. Der Rauch wird ca.2 Minuten langsam durch die Reagenzlösung gesaugt.

Entsorgung: Zigarette unter einem Wasserstrahl löschen(!) und in den Behälter für feste Abfälle (Hausmüll) geben, Reagenzlösung in den Behälter für Schwermetallösungen geben.

Ebenso kann man mit einem Lötrohr an Stelle eines Glastrichters aus der hellblau leuchtenden Zone eines Gasbrenners Gas entnehmen, in dem Kohlenstoffmonooxid nachweisbar ist. In der Gaszone zur Luft ist jedoch kein Kohlenstoffmonooxid mehr nachzuweisen.

3.1.2 Kohlenstoffmonooxid-Nachweis in Autoabgasen

Vorbemerkung: Die Bedeutung des Versuches liegt im Nachweis der Entstehung von Kohlenstoffmonooxid durch Verbrennungsmotore von Kraftfahrzeugen. Für die einem Auspuff entweichenden Gase gelten eigene Abgasvorschriften. Das Ableiten von Abgasen von Verbrennungsmotoren und das Experimentieren mit diesen Gasen ist nach den bestehenden Rechtsvorschriften zulässig.Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille

Geräte: Auto, Plastiktüte, Kolbenprober;

Halbmikro: gerades Verbindungsstück, Gaseinleitungsrohr, Reagenzglas mit seitlichem Ansatz; Abb. (P004);

Makro: Gummischlauch, Gaswaschflasche; Abb. (A04)

Palladium(II)-chlorid-Lösung, w(PdCl2)= 2 0/00

Kohlenstoffmonooxid zum Abzug Palladium(II)-chlorid

Abb. (P004) : Nachweis von Kohlenstoffmonooxid in Autoabgasen durch Einleiten in Palladium(II)-chlorid-Lösung

Durchführung: Die Plastiktüte wird mit Autoabgasen gefüllt, anschließend werden Teile des Abgases mit einem 50-mL-Kolbenprober aufgesaugt. In eine Gaswaschflasche wird 1 mL Palladium(II)-chlorid, w(PdCl2)= 2 0/00, gefüllt und ca. 100 mL Autoabgas langsam durchgeleitet.

Entsorgung: Die Abgasprobe wird im Freien entnommen und ebenfalls ins Freie entsorgt. Die Palladium(II)-chloridlösung wird in den Behälter für Schwermetallösungen gegeben. In einem Parallelversuch kann deutlich gemacht werden, daß auch Fahrzeuge mit geregeltem Katalysator noch geringe Anteile Kohlenstoffmonooxid freisetzen, was an der schwächeren Verfärbung des Reagenzes zu erkennen ist.Autoabgas zum AbzugPalladium(II)-chloridAbb. (A04) : Nachweis von Kohlenstoffmonooxid in Autoabgasen durch Einleiten in eine Makro-Waschflasche mit Palladium(II)-chlorid-Lösung.

3.1.3 Darstellung von Kohlenstoffmonooxid aus Methansäure (Ameisensäure) und Schwefelsäure und Nachweis der Brennbarkeit von Kohlenstoffmonooxid in Luft

Vorbemerkung: Im Labor stellt man Kohlenstoffmonooxid am einfachsten aus Ameisensäure und konzentrierter Schwefelsäure dar. Anschließend kann sofort die Brennbarkeit des entstandenen Gases in Luft nachgewiesen werden (Abb. (P006), (A028B)). Nötigenfalls kann das Gas auch in einer pneumatischen Wanne (Abb. (A009)) oder einem Kolbenprober zur Weiterverwendung aufgefangen werden (Abb. (P013)).Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: nicht möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille, Handschuhe

Geräte:

Halbmikro: Tropfpipette und Pipettensauger, Reagenzglas mit seitlichem Ansatz, Gasableitungsrohr mit Eisenwolle als Rückschlagsicherung (siehe Abb. (P006));

Makro: Rundkolben 50mL, Tropftrichter mit Druckausgleich 50mL, Gasableitungsrohre, Dichtungen, Gummischlauch (Abb. (A028B))

Chemikalien: Schwefelsäure (C) w(H2SO4) > 98%, Methansäure (C) w(HCOOH) > 98%, (Falls Reinigung von Kohlenstoffdioxid nötig ist: Kalilauge (C) w(KOH) = 10%)

Versuchsaufbau: Schwefelsäure ---->EisenwolleEisenwolleSchwefelsäure -->Methansäure-->Methansäure-->Abb. (P006/A28B:) Kohlenstoffmonooxid aus Methansäure und konzentrierter Schwefelsäure und anschließender Entsorgung durch Verbrennung
Versuchsaufbau: Standzylinder.

Versuchsdurchführung: Hinweis: Da die Dichte von Kohlenstoffmonooxid ähnlich groß ist wie die der Luft, muß bei der Verwendung der Makro-Apparatur längere Zeit Luft verdrängt werden und mit der Knallgasprobe auf Luftfreiheit untersucht werden, bevor das Kohlenstoffmonooxid entzündet werden kann. Explosive Gasgemische aus Kohlenstoffmonooxid und Luft lassen sich auch dadurch vermeiden, daß man die Apparatur mit Stickstoff spült. Durchführung: In ein Reagenzglas mit seitlichem Ansatz wird ca. 0,5 bis 1mL Methansäure gegeben. Über eine Tropfpipette mit Spritze wird 1 mL Schwefelsäure hinzugegeben. Durch leichtes Erhitzen (ca. 130 C) entsteht Kohlenstoffmonooxid, das abgefackelt werden kann. Dazu soll in die Spitze des seitlichen Rohres etwas Eisenwolle gegeben werden, um ein Zurückschlagen der Flamme zu vermeiden. Das Verbrennen zu Kohlenstoffdioxid stellt die wirksamste Entsorgungsmaßnahme dar.Ergebnis: Kohlenstoffmonooxid brennt mit einer leuchtend blauen Flamme. Die genannten Stoffportionen lassen ca. 300 mL Kohlenstoffmonooxid entstehen. Wird mehr benötigt, ist die Makro-Apparatur zu benutzen. Die Gasentwicklung kann durch Abkühlen der Lösung jederzeit unterbrochen werden.

Entsorgung: Überschüssiges Kohlenstoffmonooxid, das nicht mehr abgebrannt werden soll, leitet man mit einem Schlauch in den Ansaugschacht eines Bunsenbrenners, wo es zusammen mit dem Erdgas zu Kohlenstoffdioxid verbrennt. Alternativ leitet man das entstandene Kohlenstoffmonooxid in den Abzug.Das abgekühlte konzentrierte Säuregemisch verdünnt man durch vorsichtiges Eingießen in viel Wasser. Die saure Lösung wird z.B. mit Natriumhydrogencarbonat neutralisiert. Der neutralisierte Rest kann dem Abwasser zugeführt werden.

Allgemeine Anmerkung zum Einsatz von pneumatischen Wannen bei giftigen Gasen: Reaktionsräume mit extrem unterschiedlichen Reaktionsbedingungen müssen in der Regel durch Leergefäße (Puffervolumina) getrennt werden. Im vorliegenden Falle müßte die Schwefelsäure/Methansäure-Mischung von der nachfolgenden pneumatischen Wanne durch eine Wasserfalle abgetrennt werden, damit bei einem Überschäumen oder Zurücksteigen der Lösungen Unfälle vermieden werden. Die Sicherheitsflasche müßte so groß sein, daß das eventuell zurücksteigende Wasser vollständig aufgefangen werden könnte. Damit würde das Totvolumen der Gesamtapparatur zusätzlich vergrößert und das Risiko der Ansammlung größerer explosiver Gasgemische erhöht. Das vergrößerte Totvolumen bedingt zusätzlich, daß zur Spülung länger giftiges Kohlenstoffmonooxid entwickelt werden müßte. Das explosive Kohlenstoffmonooxid/Luft-Gemisch darf nicht in den Luftansaugschacht eines Gasbrenners geleitet werden. Es bliebe nur die Ableitung in den Abzug.Um nicht so viel giftiges Kohlenstoffmonooxid/Luft-Gemisch zu entwickeln, wurde daher auf den an sich gebotenen Einsatz einer Sicherheitsflasche verzichtet. Der Verzicht auf die Sicherheitsflasche erfordert jedoch ständiges Beobachten der Gasentwicklung. Beim Nachlassen der Gasentwicklung muß das Gaseinleitungsrohr der pneumatischen Wanne entnommen werden, um ein Zurücksteigen des Wassers zu vermeiden!Müssen kleine Volumina giftiger Gase aufgefangen werden, ist die Verwendung eines dichten Kolbenprobers zu empfehlen. Eine Halbmikro-Apparatur, die den geforderten Sicherheitskriterien genügt, zeigt Abb. (P013).

Halbmikro: SchwefelsäureWasserfalleMethansäureKalilaugeAbb. (P013): Apparatur zur Darstellung von Kohlenstoffmonooxid, Reinigung mit Kalilauge und Auffangen zur Weiterverwendung

3.1.4 Reduktion von Kohlenstoffdioxid mit Kohlenstoff zu Kohlenstoffmonooxid

Vorbemerkung: Bei diesem Versuch wird eine Apparatur zur Gasuntersuchung verwendet, wie sie bei der quantitativen Bestimmung der Luftzusammensetzung gebraucht wird. Kolbenprober mit einem Gesamtvolumen von 100mL erscheinen ausreichend.In diesem besonderen Fall wird das giftige Gas Kohlenstoffmonooxid aus dem ungiftigen Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoff erst in der geschlossenen Apparatur durch Synproportionierung erzeugt. Das Gasgemisch enthält je nach Reaktionstemperatur unterschiedliche Mengenanteile Kohlenstoffmonooxid. Es kann anschließend in einem Kolbenprober aufgefangen und weiter untersucht werden.Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille

Geräte: 2 Kolbenprober, T-Stück mit Schlauchklemme, gerades Verbindungsstück, U-Rohr-Manometer, Dichtungen, Gasbrenner

Versuchsaufbau: Holzkohle oder Zeichenkohle, Kohlenstoffdioxid, gefärbtes Wasser für das Manometer

Versuchsaufbau: Kohlenstoffdioxid Kohlenstoffgefärbtes WasserAbb. (P15): Apparatur zur Untersuchung des Gasgleichgewichtes von Kohlenstoffdioxid/Kohlenstoffmonooxid

Durchführung: Zwei Kolbenprober werden über ein Verbindungsstück und ein T-Stück mit einem Verbrennungsrohr (Supremax oder Quarz) verbunden, in dem sich Kohlenstoff (Holzkohle) befindet. Einer der Kolbenprober (V = 50 mL) wird über das freie Ende des T-Stückes mit Kohlenstoffdioxid gefüllt. Danach wird die Apparatur durch Einsetzen eines U-Rohres (mit Hahn oder Schlauchklemme), in dem sich eine gefärbte Flüssigkeit befindet, abgeschlossen. Nach dem Druckausgleich wird der Hahn geschlossen. Das Volumen und die Temperatur des Kohlenstoffdioxids werden bestimmt.Der Kohlenstoff wird mit einem Gasbrenner möglichst hoch erhitzt. Anschließend wird das Kohlenstoffdioxid 2 bis 3 mal langsam über den Kohlenstoff geleitet. Nach Beendigung der Reaktion und dem Abkühlen der Apparatur ist eine Zunahme des Volumens festzustellen. Das entstandene Gasgemisch kann mit einer Apparatur nach Abb. (P004) mit Kalkwasser auf Kohlenstoffdioxid und mit Palladium(II)-chlorid auf Kohlenstoffmonooxid untersucht werden. Das Gas trübt Kalkwasser und reduziert die Palladium(II)-chloridlösung.Die Volumenzunahme des Gases ist von der Temperatur des glühenden Kohlenstoffs abhängig.Sie wird durch das BOUDOUARD-Gleichgewicht (1) bestimmt:

(I) CO2 + C -> 2 CO

       400   500    600     700     800     900   1000  °C Temperatur
CO2  98      77    42,3    62,8      16      3,8     0,7   Vol-%
CO     2      23    57,7    31,2      94     97,2   99,3   Vol-%

Ergebnis: Ein nach der o.g. Vorschrift gemachter Versuch erreichte eine Volumenzunahme, die einer Temperatur von ca. 600 °C entspricht. Diese Temperatur entspricht der üblichen mit einem Teclu-Brenner zu erreichenden Temperatur.

Entsorgung: Apparatur wird unter dem Abzug geöffnet. Das Gasgemisch wird in den Abzug gegeben.

Anmerkung: Mit der gleichen Apparatur läßt sich zeigen, daß das Kohlenstoffmonooxid das wesentliche Reduktionsmittel bei der Eisen-Erzeugung im Hochofen-Prozeß ist (Versuch 3.1.5).

3.1.5 Qualitative Reduktion von Kupferoxid mit Kohlenstoffmonooxid als Demonstration eines technischen Verfahrens zur MetallgewinnungVorbemerkung: In diesem Experiment soll gezeigt werden, daß Kohlenstoffmonooxid ein Reduktionsmittel zur Darstellung von Metallen aus Metalloxiden sein kann. Hierfür eignet sich besonders schwarzes Kupfer(II)-oxid, da die Reduktion zu rotem Kupfer mit dem Auge erkennbar ist. Das durch Oxidation entstehende Kohlenstoffdioxid kann durch Einleiten in Kalkwasser nachgewiesen werden.Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille

Geräte:Kolbenprober, gerades Verbindungsstück, Quarzrohr, T-Stück, Gaseinleitungsrohr, Reagenzglas mit seitlichem Ansatz, Gasableitungsrohr, Kupferwolle, Dichtungen, Verschlußkappe, Gasbrenner

Chemikalien: Kohlenstoffmonooxid, Kupfer(II)-oxid, Kalkwasser

Versuchsaufbau: KohlenstoffmonooxidKalkwasserAbgas-RückführungAbb. (P16): Qualitative Umsetzung von Kupferoxid mit Kohlenstoffmonooxid und Nachweis des Oxidationsproduktes Kohlenstoffdioxid mit Kalkwasser

Durchführung: Reines Kohlenstoffmonooxid (Versuch 3.1.3) wird durch ein Verbrennungsrohr geleitet, in dem sich Kupfer(II)-oxid befindet. Daran anschließend befindet sich eine Wasserfalle, die eine Gaswaschflasche mit Kalkwasser vom Reaktionsrohr trennt. Beim Durchleiten von Kohlenstoffmonooxid über das erhitzte Metalloxid tritt Reduktion ein und das Kalkwasser trübt sich. Bei Verwendung von schwarzem Kupferoxid ist die Bildung von rotem Kupfer gut zu beobachten.Entsorgung: Überschüssiges unverbrauchtes Kohlenstoffmonooxid wird, wie aus der bildlichen Darstellung zu erkennen ist, dem Luftschacht eines Brenners zugeführt und damit zu Kohlenstoffdioxid oxidiert. Andernfalls kann man das Gas in einen Abzug leiten.

3.2 Chlorwasserstoff (Hydrogenchlorid)Versuche mit Chlorwasserstoff werden gemacht, um die Darstellung von Säuren aus ihren Salzen zu demonstrieren. Für die Darstellung von Salzsäure ist zusätzlich die Demonstration der extremen Löslichkeit von Chlorwasserstoff in Wasser von Bedeutung. Für einen wissenschaftlich ausgerichteten Unterricht ist das unterschiedliche Löseverhalten von Chlorwasserstoff in polaren und unpolaren Lösemitteln von Interesse. In polaren Lösemitteln dissoziiert Chlorwasserstoff und zeigt gute elektrische Leitfähigkeit, in unpolaren Lösemitteln dagegen nicht. Chlorwasserstoff ist in die Gruppe der ätzenden Stoffe (Kennbuchstabe C) eingestuft. Damit ist Chlorwasserstoff für Schülerübungen in der Sekundarstufe I zugelassen. Somit kann der "Salzsäure-Springbrunnen" als Schülerversuch, jedoch nur im Halbmikromaßstab, eingesetzt werden. Später kann dann dem "Salzsäure-Springbrunnen" der "Ammoniak-Springbrunnen", der wegen der Einstufung des Ammoniaks (T) mehr Übung voraussetzt, gegenübergestellt werden.

3.2.1 Darstellung von Chlorwasserstoff aus Natriumchlorid und Schwefelsäure; "Salzsäure-Springbrunnen"Vorbemerkung:Die Darstellung von Chlorwasserstoff erfolgt aus seinen Salzen durch Verdrängung der leichter flüchtigen Säure durch die schwerer flüchtige Schwefelsäure.

(Ia) NaCl(s) + H2SO4(l) --> NaHSO4(s) + HCl(g)(Ib) NaHSO4(s) + NaCl(s) --> Na2SO4(s) + HCl(g)

Gleichzeitig wird die extrem große Löslichkeit von Chlorwasserstoff in Wasser demonstriert.Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille, HandschuheGeräte: 2 Reagenzgläser mit seitlichem Ansatz, Tropfpipette, Gaseinleitungsrohr mit langer Spitze, Dichtungen, Becherglas 400 mL
Chemikalien: Natriumchlorid, konzentrierte Schwefelsäure (C), Natronlauge, (C) c(NaOH) = 2 mol/L, Bromthymolblau-Lösung, WasserVersuchsaufbau: konz. Schwefelsäure --->Natriumchlorid ----> <-- alkalische Bromthymolblau-LösungAbb. (P020): Schülerversuch zum Salzsäure-Springbrunnen aus Natriumchlorid und konzentrierter SchwefelsäureVersuchsdurchführung: Die Apparatur wird nach Abb. (P020) zusammengebaut. In das Becherglas gibt man etwa 50mL Wasser, das mit wenig Natronlauge alkalisch gemacht wurde und mit Bromthymolblau als Säure-Basen-Indikator versetzt wird. Man überprüft die leere Apparatur auf Dichtigkeit, indem man sie in der gezeichneten Weise in das Becherglas stellt. Nun erzeugt man durch Drücken des Gummisaugers einen Überdruck im Gerät, der in der schwach alkalischen Lösung im Becherglas Luftblasen bewirkt. Beim Loslassen des Saugers dringt die alkalische Lösung in geringem Umfang in das Steigrohr ein. Sie bleibt bei dichter Apparatur in unveränderter Höhe stehen. Nach der Druckprobe füllt man eine Spatelspitze Natriumchlorid in den Gasentwickler ein. Anschließend saugt man mit der Tropfpipette ca. 0,5 mL konzentrierte Schwefelsäure auf und setzt die gefüllte Tropfpipette sofort in die Apparatur ein. Nach Zugabe weniger Tropfen Schwefelsäure setzt spontane Gasentwicklung ein. Anfangs wird nur Luft aus der Apparatur verdrängt, was man an der unveränderten Färbung der blauen Bromthymolblau-Lösung erkennen kann. Mit dem Fortschreiten der Reaktion schlägt der Indikator dann über grün nach gelb um, so daß auf austretenden Chlorwasserstoff geschlossen wird. Die Luftverdrängung ist nach circa 20 mL Gasentwicklung abgeschlossen. Mit dem Nachlassen der Gasentwicklung dringt langsam Lösung aus dem Becherglas in die Apparatur ein. Will man den Springbrunnen-Effekt beschleunigt auslösen, so drückt man den Gummisauger der Tropfpipette stark zusammen, wodurch vermehrt chorwasserstoffhaltige Luft in Kontakt mit der leicht alkalischen Bromthymolblau-Lösung kommt. Beim Loslassen setzt der Springbrunnen-Effekt ein und der gesamte Innenraum einschließlich der Tropfpipette wird geflutet.Entsorgung: Das &Ouml;ffnen der Apparatur geschieht über dem Becherglas. Der gesamte Inhalt wird in das Becherglas zur verdünnten Natronlauge gegeben. Schließlich wird die Lösung je nach Bedarf mit verdünnter Schwefelsäure oder Natronlauge neutralisiert. Die Lösung enthält dann nur noch Natriumchlorid und Natriumsulfat und kann zum Abwasser gegeben werden.Anmerkung zur Makro-Apparatur:Im Gegensatz zur Halbmikroapparatur kann die Makro-Apparatur nur durch den Lehrer eingesetzt werden. Die Apparatur enthält mehrere Gefahrenmomente. Um einen für die ganze Klasse sichtbaren Springbrunnen zu erzeugen, werden Kolben von etwa 250 mL Volumen nötig sein. Diese mit Chlorwasserstoff zu füllen, benötigt man ca. 20 mL Schwefelsäure. Einen solchen Kolben kann man nur mit Splitterschutzkorb benutzen, da zwischenzeitlich ein großer Unterdruck im Kolben herrscht und der Kolben implodieren könnte. Außerdem muß die Apparatur während der Chlorwasserstoffüllung ständig beobachtet werden, damit rechtzeitig der Hahn zwischen Gasentwickler und Springbrunnen-Kolben geschlossen wird. Andernfalls kann es zu einer heftigen Reaktion der alkalischen Lösung mit der konzentrierten Schwefelsäure kommen. Während die Schwefelsäure in der Halbmikro-Apparatur durch den Springbrunneneffekt quasi automatisch verdünnt und teilweise neutralisiert wird, muß die Entsorgung der Schwefelsäure in dem Gasentwickler vorsichtig gesondert durchgeführt werden.konz. Schwefelsäuremax. 250 mL max. 50 mL Natriumchloridalkalische Bromthymolblau-Lösung Abb. (P107): Lehrerdemonstrationsversuch zum "Salzsäure-Springbrunnen" aus Natriumchlorid und konzentrierter Schwefelsäure

3.2.2 Löslichkeit und Protolyse von ChlorwasserstoffVorbemerkung:Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille, HandschuheGeräte: 2 Reagenzgläser mit seitlichem Ansatz, Tropfpipette, T-Stück mit ausreichendem Volumen als Wasserfalle, Gaseinleitungsrohr mit langer Spitze, Dichtungen, KolbenproberChemikalien: Natriumchlorid, konzentrierte Schwefelsäure (C), n-Heptan (F)Versuchsaufbau: Schwefelsäure-->Natriumchlorid ---><--- n-HeptanAbb. (P014): Darstellung von Chlorwasserstoff aus Kochsalz und Schwefelsäure sowie Lösen des Chlorwasserstoffs in einem organischen Lösemittel (n-Heptan)Versuchsdurchführung: Hinweis: Um die unterschiedliche Leitfähigkeit von Chlorwasserstoff in einem organischen Lösemittel bzw. Wasser in einer geschlossenen Apparatur zu demonstrieren, wäre ein größerer Aufwand notwendig, als er üblicherweise im Schullabor geleistet werden kann. Daher wird der Versuch zur Darstellung des Chlorwasserstoffs von dem der Untersuchung auf elektrische Leitfähigkeit getrennt durchgeführt.Aufsaugen der Lösungvon Chlorwasserstoffin n-HeptanUntersuchung der Leitfähigkeit nachUnterschichten mit Wasserorganische Phase organische Phasewäßrige PhaseAbb. (P_HCL+ P_HCL2): Aufteilen des n-Heptans auf zwei Reagenzgläser mit einer Kolbenpipette und prüfen der Leitfähigkeit mit und ohne Zugabe von WasserDurchführung: Die Apparatur wird gemäß der Skizze aufgebaut. Nur wenn der Ausgang der Gaswaschflasche durch einen Kolbenprober verschlossen wird, kann die Darstellung und das Lösen von Chlorwasserstoff in Heptan ohne Abzug durchgeführt werden.Man gibt etwa 0,5 mL konzentrierte Schwefelsäure auf etwa 300 mg Natriumchlorid und leitet das dabei Chlorwasserstoffgas durch n-Heptan. Anschließend öffnet man die Apparatur unter dem Abzug und überführt mit einer Kolbenpipette einen Teil des n-Heptans in ein zweites Reagenzglas. Den Inhalt des zweiten Reagenzglases unterschichtet man mit Wasser. Ergebnis: Bei einer Untersuchung zeigt n-Heptan keine elektrische Leitfähigkeit, das Wasser unter der n-Heptan-Probe zeigt dagegen gute elektrische Leitfähigkeit.Entsorgung: Das n-Heptan wird in das Sammelgefäß für organische Flüssigkeiten gegeben. Das &Ouml;ffnen der Apparatur zur Chlorwasserstoffentwicklung geschieht im Abzug. Der Inhalt des Gasentwicklers und die verdünnte Salzsäure werden mit verdünnter Natronlauge neutralisiert. Die Lösung enthält dann nur noch Natriumchlorid und Natriumsulfat. Sie kann somit zum Abwasser gegeben werden.

 

3.3 Ammoniak

3.3.1 Darstellung von Ammoniak aus Ammoniumsalzen mit Natriumhydroxid; "Ammoniak-Springbrunnen"Vorbemerkung:Die Darstellung von Ammoniak erfolgt aus den Ammoniumsalzen durch Verdrängung der leichter flüchtigen Base durch Natriumhydroxid.

NH4Cl(s) + NaOH(s) --> NaCl(s) + H2O + NH3(g)

Gleichzeitig wird die extrem große Löslichkeit von Ammoniak in Wasser demonstriert.Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille, HandschuheGeräte: 2 Reagenzgläser mit seitlichem Ansatz, Tropfpipette, Gaseinleitungsrohr mit kurzer Spitze, Dichtungen, Becherglas 400 ml

Versuchsaufbau: ca. 300 mg Ammoniumchlorid (Xn), verdünnte Essigsäure (C), 1-2 Plätzchen festes Natriumhydroxid (C), Bromthymolblau-Lösung, Wasser

Versuchsaufbau: 1 Tropfen Wasser! ---> Ammoniumchlorid/Natriumhydroxid ---> <-essigsaure Bromthymolblau-LösungAbb. (P036): Schülerversuch zum "Ammoniak-Springbrunnen" aus Natriumhydroxid und Ammoniumchlorid

Versuchsdurchführung: Hinweis: In Kapitel 5.2 wird dargelegt, wie die Dichteunterschiede von Chlorwasserstoff bzw. Ammoniak gegenüber Luft unterschiedlich konstruierte Versuchsanordnungen (mit kurzem bzw. mit langem Gaseinleitungsrohr) zur Folge haben. Im Umkehrschluss erübrigt sich gewöhnlich die quantitative Bestimmung der Gasdichte, die an einem ungiftigen Gas leichter exemplarisch durchzuführen ist.

Durchführung: Die Apparatur wird nach der Abbildung zusammengebaut. In das Becherglas gibt man etwa 50ml Wasser, das mit wenig Essigsäure angesäuert wurde und mit Bromthymolblau als Säure-Basen-Indikator versetzt wird. Man überprüft die leere Apparatur auf Dichtigkeit, indem man sie in der gezeichneten Weise in das Becherglas stellt und durch Drücken des Gummisaugers einen Überdruck im Gerät erzeugt, der in der schwach sauren Lösung im Becherglas Luftblasen bildet. Beim Loslassen dringt die gelbe Bromthymolblau-Lösung in geringem Maße in das Steigrohr ein. Der Flüssigkeitsspiegel muß bei dichter Apparatur unverändert stehen bleiben. Nach der Druckprobe füllt man eine Spatelspitze Ammoniumchlorid und 1-2 Plätzchen Natriumhydroxid in den Gasentwickler ein. Anschließend saugt man mit der Tropfpipette 1 Tropfen Wasser auf und setzt die Tropfpipette in die Apparatur ein. Zuviel Wasser an dieser Stelle verhindert die Bildung von gasförmigem Ammoniak. Nach Zugabe des Tropfen Wassers setzt spontane Gasentwicklung ein. Anfangs wird nur Luft aus der Apparatur verdrängt, was man an der unverändert gelben Bromthymolblau-Lösung erkennen kann. Mit dem Fortschreiten der Reaktion schlägt die Indikatorfarbe dann über grün nach blau um. Somit kann auf austretendes Ammoniak geschlossen werden. Durch Zugabe weniger Tropfen Essigsäure hält man die gelbe Farbe aufrecht. Die Luftverdrängung ist nach circa 20 mL Gasentwicklung abgeschlossen. Mit dem Nachlassen der Gasentwicklung dringt langsam Lösung aus dem Becherglas in die Apparatur ein. Will man den Springbrunnen-Effekt beschleunigen, so drückt man den Gummisauger der Tropfpipette stark zusammen, wodurch vermehrt Ammoniak in Kontakt mit der leicht sauren Bromthymolblau-Lösung kommt. Beim Loslassen setzt der Springbrunnen-Effekt ein und der gesamte Innenraum einschließlich der Tropfpipette wird automatisch geflutet.Entsorgung: Das &Ouml;ffnen der Apparatur geschieht über dem Becherglas. Der gesamte Inhalt wird in das Becherglas zur verdünnten Essigsäure gegeben. Schließlich wird die Lösung je nach Bedarf mit verdünnter Essigsäure oder Natronlauge neutralisiert. Die Lösung kann zum Abwasser gegeben werden.Hinweis:Der Versuch ist mit den üblichen Gaswaschflaschen nicht durchführbar, da diese nicht vakuumfest sind. Als Makroapparatur kann eine Apparatur, bestehend aus einem Tropftrichter, zwei Zweihalskolben, einem Glasrohr mit Spitze, einem Hahn und diversen Dichtungen (wie Abb. (P020)), eingesetzt werden. Man achte darauf, daß hier anders als bei dem "Salzsäure-Springbrunnen" ein kurzes Spitzenrohr eingesetzt wird.Der Makro-Versuch kann wegen der beim "Salzsäure-Springbrunnen" angesprochenen Gefahrenmomente (Versuch 3.2.1) nur als Lehrerdemonstrationsversuch durchgeführt werden.

 

3.3.2 Mikrochemischer Nachweis von Ammoniak durch Freisetzung aus Eiweiß (z.B. Albumin) mit Natriumhydroxid.

Vorbemerkung: Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille, HandschuheAmmoniak ist eine der wenigen gasförmigen Basen und kann daher durch Verdrängungsreaktionen mit konzentrierter Natronlauge über die Gasphase nachgewiesen werden. Der Nachweis ist sehr empfindlich. Natriumhydroxid führt zur Zersetzung von Eiweiß unter Freisetzung von Ammoniak. Der Versuch ist sehr gut zur Identifikation von primären Aminen und Eiweiß (in Nahrungsmitteln wie Käse und Fisch) zu verwenden. Die Durchführung als mikrochemische Umsetzung erlaubt den Einsatz als Schülerversuch bis hin zur Geruchsprobe.

Geräte: Zwei Uhrgläschen

Chemikalien: 100 mg eiweißhaltige Substanz (z.B. Albumin, Käse, Quark, Haare),1 Plätzchen Natriumhydroxid (C), 1/2 Tropfen Wasser zum BefeuchtenVersuchsaufbau: Uhrglas Universal-IndikatorpapierEiweiß UhrgläserUniversal-IndikatorpapierNatriumhydroxid Natriumhydroxid Eiweiß Aufsicht SeitenansichtAbb. (P_NH3): Mikrogaskammer, bestehend aus zwei Uhrgläschen, zum Nachweis von Ammoniak

Versuchsdurchführung: Durchführung: Man befeuchtet einen etwa 2 cm langen Universal-Indikator-Papierstreifen und klebt ihn in ein Uhrglas (Deckel). In ein anderes Uhrglas (Boden) legt man ein Plätzchen Natriumhydroxid und bedeckt dieses mit eiweißhaltiger Substanz. Das Gemisch wird mit einem halben Tropfen Wasser angefeuchtet. Anschließend bedeckt man dieses Uhrglas umgekehrt mit dem vorher präparierten Uhrglas (Deckel).Ergebnis: Je nach Bindungsfestigkeit der Amino-Gruppe bzw. den Reaktionsbedingungen in der "Mikrogaskammer" zeigt der Indikatorpapierstreifen nach 1-5 Minuten die Anwesenheit eines alkalischen Gases an. Nach dem Anheben des oberen Uhrglases ist der Geruch nach Ammoniak festzustellen.Entsorgung: Der Inhalt der Mikrogaskammer wird mit verdünnter Säure neutralisiert. Die flüssigen Anteile können ins Abwasser gegeben werden.

3.4 Stickstoffoxide

3.4.1 Darstellung von Stickstoffdioxid aus Bleinitrat durch Pyrolyse Vorbemerkung: Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: nicht möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille, HandschuheBei der thermischen Zersetzung von Schwermetallnitraten entstehen Schwermetalloxide und Stickstoffdioxid.

2 Pb(NO3)2 > 2 PbO + 4 NO2 + O2

Am Beispiel des Bleinitrates kann bei der Verwendung leicht schmelzbaren Glases (z.B. AR-Glas) das Entsorgen von Schwermetallen durch Einglasen demonstriert werden.

Geräte: Glührohr (AR-Glas), T-Stück, Reagenzglas mit seitlichem Ansatz, Kolbenprober, divers. Dichtungen

Chemikalien: 200 mg Bleinitrat, Je nach nachzuweisender Eigenschaft:- 2ml SALTZMAN-Reagenz oder LUNGES-Reagenz auf Stickstoffdioxid oder- 2ml Bromthymolblau-Lösung auf Säurewirkung oder- 2ml Kaliumiodid-Stärke-Lösung in verd. Schwefelsäure (C) auf die oxidierende Wirkung von Nitrit oder - 2ml Lösung von Eisen(II)-sulfat (Xn) auf die komplexierende Wirkung von Stickstoffmonooxid.

Versuchsaufbau: Abb. (P039): Pyrolyse von Bleinitrat und Nachweis des entstehenden StickstoffdioxidsVersuchsdurchführung: Hinweis: Soll neben der Pyrolyse des Bleinitrates auch das Einglasen von Schwermetallsalzen demonstriert werden, muß der Gasbrenner das Glas bis mindestens 600C erhitzen können. Obwohl die Apparatur durch den Kolbenprober von der übrigen Luft abgeschlossen ist, muß der Versuch im Abzug durchgeführt werden, da sich mit dem entstehenden Bleioxid ein niedrig schmelzendes Bleiglas mit Neigung zum Durchbrechen bildet.Durchführung: Man baut die Apparatur nach Abbildung zusammen. Der abwärts zeigende Schenkel des T-Stücks puffert das Glührohr vor dem eventuellen Zurücksteigen der Reagenzlösung ab. Anschließend wird das Bleinitrat vorsichtig erhitzt. Durch leichten Zug am Kolben des Kolbenprobers wird das entstehende Gas durch die Lösung in der Waschflasche gesaugt.Nach dem Einglasen des Bleirückstandes in das Glührohr entfernt man das Glührohr und saugt das Restgas in die Gaswaschflasche.Ergebnis: 1) Bleisalze lassen sich zu einem durchsichtigen, farblosen, bei höherer Konzentration gelblichen Blei-Glas verschmelzen. So läßt sich die Entsorgung von Schwermetallen durch Einglasen demonstrieren.2) die entstehenden braunen Gase färben - LUNGES-Reagenz rot,- Bromthymolblau-Lösung gelb,- Kaliumiodid-Stärke-Lösung blau- Eisen(II)-sulfat-Lösung braun-violett.

Entsorgung: Das Bleiglas wird in den Behälter für feste Abfälle gegeben. Die Lösungen gibt man in den Behälter für organische Lösemittel.?

3.4.2 Darstellung von Stickstoffdioxid aus Kupfer mit konzentrierter SalpetersäureVorbemerkung:Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: nicht möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille, HandschuheVersuche zur Umsetzung von Kupfer mit Salpetersäure verschiedener Konzentration sind geeignet, die Abhängigkeit der oxidierenden Wirkung der Salpetersäure von der Konzentration zu zeigen. An dieser Stelle soll gezeigt werden, wie Reagenzglasversuche mit giftigen Gasen beherrschbar werden. Man bedient sich zu diesem Zweck Aktivkohleröhrchen, die leicht selbst herstellbar, aber auch im Lehrmittelhandel erhältlich sind (s.Abschnitt Versuchsdurchführung: Vorarbeiten). Verdünnte Salpetersäure c(HNO3) < 1 mol*L-1 reagiert mit Kupfer nicht. Hier reicht das Oxidationspotential von Wasserstoff nicht aus, um das edle Kupfer in Lösung zu bringen. Halbkonzentrierte Salpetersäure, bestehend aus 1 Teil konz. Salpetersäure, w = 65%, und 2 Teilen Wasser, reagiert dagegen mit Kupfer unter Bildung eines farblosen Gases (I), das sich bei Kontakt mit Luftsauerstoff braun färbt (II). Konzentrierte Salpetersäure, w = 65%, löst Kupfer sofort unter Bildung brauner Gase (III).

(I) 8 HNO + 3 Cu -> 3 Cu(NO3)2 + 2 NO (g) + 4 H2O

(II) 2 NO + O2 -> 2 NO2

(III) Cu + 4 HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O

Der Versuch ist auch geeignet, nur ca. 10 mL Stickstoffdioxid zu erzeugen, die für die Demonstration des druck- und temperaturabhängigen NO2/N2O4-Gleichgewichtes ausreichen (s. Kap. 4.3.1).

Geräte: Reagenzgläser, Aktivkohle, Aktivkohlefilter, Gummistopfen, Einwegspritzen oder HohlstopfenVersuchsaufbau: Salpetersäure (C, w = 65%), Kupferspäne

Versuchsdurchführung: Hinweis: Aktivkohle vermag wegen ihrer extrem großen Oberfläche 30% ihres Eigengewichtes an giftigen Gasen durch Adsorption zu binden. Ausgenommen davon sind jedoch die Gase Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonooxid! Die adsorbierten Gase müssen anschließend im Abzug durch Hindurchleiten von Luft wieder desorbiert werden.Vorarbeiten: Variante A: Man besorge sich Aktivkohlefilter wie sie für Tabakspfeifen im Handel erhältlich sind. Das mit Aktivkohle gefüllte Filterröhrchen bringt man dann in die &Ouml;ffnung eines durchbohrten Gummistopfens.

Versuchsaufbau: Spritzenhülse mit AktivkohleStopfen mit AktivkohlePfeifenfilter mit AktivkohleKupfer/Salpetersäure@@Variante A Variante B Variante CAbb. (P_AKTIV): Aktivkohle-Absorber für ReagenzgläserVariante B: Man verwende Einwegspritzen, 2 - 5 ml mit großer Kanüle. Man durchstoße mit der Nadel einen geeigneten Gummistopfen und schleife die Kanülenspitze mit Sandpapier stumpf! Anschließend entferne man den Stempel der Spritze, wiege die Spritze leer, fülle die Spritze mit gekörnter Aktivkohle und bestimme das Gewicht der Aktivkohle durch Rückwägung. Danach verschließe man die oben offene Spritze statt mit dem Kolben lose mit einem Wattebausch. Das Aktivkohlegewicht vermerke man auf einem Klebeschild auf der Spritze. Auf diese Weise kann man die Beladung der Aktivkohle verfolgen und gegebenenfalls die Aktivkohle durch längeres Einsaugen von Luft im Abzug regenerieren.Variante C: Man besorge sich speziell für Reagenzgläser, 16 mm, und Rundkolben gefertigte Hohlstopfen mit Schnappdeckel aus Polypropylen im Lehrmittelhandel (HEDINGER). Diese fassen ca. 4 Gramm Aktivkohle. Danach verfahre man sinngemäß mit dem Füllen ähnlich Variante B.Durchführung: Ergebnis: Es entwickeln sich je nach Konzentration der Salpetersäure Gase mit unterschiedlichen Eigenschaften.

Entsorgung: Die Aktivkohleverschlüsse werden im Abzug aufbewahrt und bei Gewichtszunahme von ca. 10% bezogen auf die Aktivkohle-Einwaage durch Hindurchleiten von Luft im Abzug von Giftgas befreit. Die Lösungen werden neutralisiert und in den Behälter für Schwermetallsalze gegeben.

3.4.3 Verbrennung von Ammoniak mit Luftsauerstoff am Platinkontakt und Umsetzung der Stickoxide mit Ammoniak und WasserVorbemerkung:Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: nicht möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille, Handschuhe

Geräte:Halbmikro: 3 Gaswaschflaschen, 1 Reaktionsrohr (Quarz), Becherglas für Kühlfalle, T-Stück, WasserstrahlpumpeMakro: 3 Gaswaschflaschen, 1 Quarzrohr, Wasserstrahlpumpe

Chemikalien: Ammoniak (Xi, w = 35%), Platinkatalysator*), Quarzwolle, LUNGES-Reagenz oder Säure-Basen-Indikator---------Fußnote-Anfang*) Das Kontaktmittel Platinasbest läßt sich durch einen von der Firma HEDINGER angebotenen asbestfreien Katalysator ersetzen.---------Fußnote-Ende

Versuchsaufbau: Quarzrohrmit Platinkontaktzur Pumpekonz. AmmoniakKühlfalle Säure-Basen-IndikatorAbb. (P050A) Halbmikro: Oxidation von Ammoniak mit Luftsauerstoff am Platinkontakt, Kondensation des Wassers und Umsetzung der gebildeten StickoxideGaswaschflasche Platinkontakt Sicherheitswaschflasche --> Raumluft zur Pumpe -->konz. Ammoniak LUNGES-ReagenzAbb. (P050B) Makro: Oxidation von Ammoniak mit Luftsauerstoff am Platinkontakt, Kondensation des Wassers und Umsetzung der gebildeten Stickoxide

Versuchsdurchführung: Hinweis: Der Versuch ist mit Luft problemlos durchführbar. Er darf keinesfalls mit reinem Sauerstoff durchgeführt werden, da die Reaktion stark exotherm verläuft und unkontrolliert ablaufen kann.Vorarbeiten: Das Quarzrohr wird mit dem Platinkontakt beschickt. Das Reaktionsrohr wird anschließend von beiden Seiten mit etwa 2 cm Quarzwolle verschlossen. Vor Gebrauch ist das Reaktionsrohr kurz durchzuglühen, um den Katalysator zu aktivieren.Durchführung: Die Apparatur wird nach Skizze aufgebaut. Die Oxidation von Ammoniak mit Raumluft am Platinkontakt verläuft je nach Versuchsbedingung sehr verschieden. Hier wird eine Variante beschrieben.Blindprobe: Zunächst saugt man Luft durch die Ammoniak-Lösung über den kalten Katalysator hinweg. Hat man in der abschließenden Gaswaschflasche eine neutrale Lösung eines Universalindikators vorgelegt, zeigt dieser das Auftreten einer alkalischen Lösung an. Die Sicherheitswaschflasche davor zeigt keine Veränderung.Oxidation: Dann wird der Katalysator auf dunkle Rotglut erhitzt. Sofort treten hinter dem Reaktionsrohr weiße Nebel auf. Die Rotglut hält trotz Entfernens des Brenners und des Durchsaugens des kalten Ammoniak-Luftgemisches noch längere Zeit an. Kurze Zeit später zeigen sich Kondenströpfchen in der Sicherheitswaschflasche. Nach längerem Durchsaugen und Oxidieren zeigt der Säure-Basen-Indikator das Entstehen einer neutralen bis schwach sauren Lösung an.Ergebnis: Im Anschluß an die Blindprobe zeigen die auftretenden weißen Nebel die Bildung von Ammoniumsalzen an. Die Reaktion ist deutlich exotherm. Die Kondenströpfchen stellen Reaktionswasser dar. Die gegen Ende der Reaktion entstehende neutrale bis saure Lösung beruht auf der stetigen Oxidation von Ammoniak zu Stickoxiden, die nach der Disproportionierung zu Nitrit und Nitrat die vorgelegte ammoniakalische Lösung neutralisieren. Will man die Bildung von braunen Stickoxiden zeigen, muß man zuerst den Katalysator vorheizen und dann schnell an Ammoniak armes Luftgemisch durchsaugen. Dabei muß man die Temperatur des Katalysators über 600 0C halten, da bei niedrigen Temperaturen der Katalysator wie ein Autoabgaskatalysator arbeitet. In diesem Falle entstehen nur farblose Gase, die neben Stickstoff auch das wenig reaktive Lachgas N2O enthalten.

Entsorgung: Die Lösungen werden neutralisiert. Sie können durch Zugabe von Harnstoff und Aufkochen von überschüssigem Nitrit befreit werden. Danach werden die Lösungen ins Abwasser gegeben. Das Reaktionsrohr mit dem Platinkatalysator bleibt nach kurzem Ausglühen weiterhin einsetzbar.

3.4.4 Nachweis von Stickoxiden im Zigarettenrauch

Vorbemerkung:Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille

Versuchsaufbau: Zigarette, 2ml LUNGES-Reagenz oder SALTZMAN-Reagenz

Geräte, Versuchsaufbau, Durchführung: wie Versuch 3.1.1

Ergebnis: Die im Zigarettenrauch enthaltenen Stickoxide färben LUNGES- bzw. SALTZMAN-Reagenz rot.Entsorgung: Die Zigarettenreste werden unter fließendem Wasser gelöscht und in den Behälter für feste Abfälle gegeben. Die Reagenzlösung wird in den Behälter für organische Lösemittel gegeben.?

3.5 Schwefelwasserstoff (di-Hydrogensulfid)

3.5.1 Darstellung von Schwefelwasserstoff aus Eisensulfid und Salzsäure

Vorbemerkung: Die Reaktion von Eisensulfid mit Salzsäure ist eine gängige Reaktion in der analytischen Chemie zur Darstellung von Schwefelwasserstoff, um die Fällung der Elemente der sogenannten Schwefelwasserstoffgruppe vorzunehmen.Wegen der Giftigkeit des Schwefelwasserstoffs (T+) muß auf eine Demonstration des Geruches verzichtet werden. Besonders wichtig sind hier die Betrachtungen über die Totvolumina der verwendeten Apparaturen, da die Giftigkeit von Schwefelwasserstoff mit der von Blausäure zu vergleichen ist. Die im größeren Labor übliche Apparatur, der Kippsche Apparat, sollte daher in der Schule für die Darstellung und Speicherung keine Verwendung mehr finden.Im Unterricht an allgemeinbildenden Schulen ist die Zersetzung von Eisensulfid mit Salzsäure ein Folgeversuch zur Verdeutlichung der Verbindungsbildung von Schwefel mit Eisen.Der Reaktion liegt das folgende Reaktionsschema zugrunde:

FeS(s) + 2 HCl(aq) -> FeCl2(aq) + H2S(g)

Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: nicht möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille, HandschuheDas entsprechende Experiment wird hier ausschließlich im Halbmikromaßstab vorgestellt. Die damit erreichten kleinen Totvolumina haben zur Folge, daß der Reaktionskolben nicht mit Schwefelwasserstoff so lange "gespült" werden muß, bis er praktisch luftfrei ist. Auch entfällt der Anteil an Schwefelwasserstoff, der nach der Reaktion im Makromaßstab diesen Kolben füllt und somit der Entsorgung bedarf.

Halbmikro: Abb.: Halbmikroapparatur zur Darstellung von Schwefelwasserstoff aus verdünnter Salzsäure und Eisensulfid und Auffangen des Gases zur Weiterverwendung in einem Kolbenprober

Geräte: Reagenzglas mit seitlichem Ansatz, Tropfpipette, Kolbenprober, Schraubgewinde mit Dichtungen

Versuchsaufbau: Eisensulfid, in kleinen Stücken; halbkonzentrierte Salzsäure (C)

Durchführung: Die Apparaturen werden nach den Abbildungen zusammengebaut. Man überprüft die leeren Apparaturen auf Dichtigkeit, indem man durch Ziehen des Kolbenprobers Unterdruck im Gerät erzeugt. Danach füllt man kleine Stücke des Eisensulfids ein. Die Anordnung wird zur Versuchsdurchführung in den Abzug gestellt.Anschließend saugt man mit der Tropfpipette ca. 1ml halbkonzentrierte Salzsäure auf und setzt die gefüllte Tropfpipette sofort in die Apparatur ein. Nach Zugabe weniger Tropfen Salzsäure setzt spontane Gasentwicklung ein. Die Luftverdrängung ist nach circa 20 mL Gasentwicklung abgeschlossen.

Entsorgung: Das &Ouml;ffnen und Entleeren der Apparaturen in ein Becherglas muß unbedingt im Abzug erfolgen. Das Eisensulfid wird gemeinsam mit dem Schwefel als Schwermetallsalz in den Behälter für feste Abfälle gegeben.Sufidhaltige Lösungen werden mit Natriumsulfit versetzt und im Abzug mit verdünnter Salzsäure angesäuert. Dabei fällt Schwefel durch Synproportionierung aus. Die Lösungen sollen anschließend frei von Sulfid-Ionen sein, was sich leicht mit kupfersulfathaltigen Indikatorpapierstreifen prüfen läßt. Die neutralisierten Lösungen können ins Abwasser gegeben werden.

3.5.2 Darstellung von Schwefelwasserstoff durch Pyrolyse eines Gemisches von Paraffin und Schwefel zur Weiterverwendung im Kolbenprober oder zur direkten Metallsulfid-Fällung

Vorbemerkung: Kommt es auf die Bildung von Schwefelwasserstoff zur Weiterverwendung an, ist die Thermolyse von festem Paraffin mit Schwefel nach F.SEEL zu empfehlen.Man mischt dazu 25 Gewichtsteile Paraffin mit 15 Teilen Schwefelblüte, indem man es auf dem Wasserbad schmilzt. In die homogene Schmelze rührt man 7 Teile Kieselgur. Die Masse ist bei Zimmertemperatur spröde, bei ca. 40C jedoch plastisch verformbar. Mit dem Korkbohrer lassen sich kleine Portionen abstechen. Bei 170C zersetzen sich 0,5 Gramm des Gemisches unter Bildung von ca. 120 mg Schwefelwasserstoff. Die Reaktion ist durch unterschiedliches Heizen zu steuern. Das Gemisch ist u.a. unter dem Namen "Sulfidogen" (MERCK) erhältlich.Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: nicht möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille<--Quarzwolle<--Paraffin-Schwefel-KieselgurAbb. (P034): Darstellung von Schwefelwasserstoff aus Paraffin/Schwefel/Kieselgur<--Quarzwolle<--Schwermetallsalz-Lösung<--Paraffin-Schwefel-KieselgurAbb. (P035): Darstellung von Schwefelwasserstoff aus Paraffin/Schwefel/Kieselgur zur Fällung von Schwermetallsulfiden im Abzug.

Geräte: Abb.(P034): Schwerschmelzbares Glührohr, Quarzwolle, gebogenes Verbindungsstück, Kolbenprober, Schraubgewinde mit DichtungenAbb.(P035): Schwerschmelzbares Glührohr, Quarzwolle, gebogenes Verbindungsstück, Sicherheitswaschflasche, Gaswaschflasche, Schraubgewinde mit Dichtungen

Versuchsaufbau: Gemisch aus festem Paraffin, Schwefel und Kieselgur, für Abb.(P035) zusätzlich Lösung von Eisen(II)-chlorid (Xn) oder Kupfer(II)-sulfat (Xn).

Durchführung: Die Apparaturen werden auf Dichtigkeit geprüft, indem bei Apparatur nach Abb.(P034) mit dem Kolbenprober ein Unterdruck erzeugt wird. Bei Apparatur nach Abb.(P035) erzeugt man durch kurzzeitiges Erhitzen der Quarzwolle einen Luft-Überdruck, der zu Gasblasen in der Gaswaschflasche führt. Sind die Apparaturen gasdicht, wird das schwerschmelzende Reagenzglas anschließend im Bereich des Paraffin-Schwefel-Gemisches hoch erhitzt. Nachdem das gewünschte Volumen Schwefelwasserstoff entwickelt wurde, läßt man das Glührohr abkühlen. Die Apparaturen werden unter dem Abzug abgebaut.

Entsorgung: Das Glührohr mit dem Schwefel/Kieselgur-Gemisch ist mehrfach verwendbar.Zu den sulfidhaltigen Lösungen gibt man Natriumsulfit und säuert mit verdünnter Salzsäure an. Durch Synproportionierung (I) fällt Schwefel aus.

(I) H2SO3 + 2 H2S > 3 S + 3 H2O

Die Lösungen sollen anschließend frei von Sulfid-Ionen sein, was sich leicht mit kupfersulfathaltigen Indikatorpapierstreifen prüfen läßt. Die neutralisierten Lösungen können, soweit sie frei von Schwermetallsalzen sind, ins Abwasser gegeben werden. Metallsalzlösungen werden in den Behälter für Schwermetalle gegeben.Anmerkung: Die Apparatur nach Abb.(P035) ist auch geeignet zur Herstellung kleiner Mengen Schwefelwasserstoff-Wassers oder von Ammoniumsulfid-Lösung. Diese Lösungen lassen sich mit weniger Risiko anstelle von gasförmigem Schwefelwasserstoff einsetzen. Die Vorratshaltung der Lösungen darf sich dann aber nur auf kleine Volumina erstrecken, die in gut verschließbaren Gefäßen kühl und an einem gut belüfteten gesicherten Aufbewahrungsort gelagert werden müssen.

3.5.3 Löslichkeit von Schwefelwasserstoff in Wasser bzw.verdünnter Lauge.

Vorbemerkung: Um unnötiges Austreten von Schwefelwasserstoff zu vermeiden, sollte man darauf verzichten, die Löslichkeit von Schwefelwasserstoff in Wasser mit Hilfe einer Gaswaschflasche zu demonstrieren. Da das Gas sich nur allmählich löst, wird bei diesem Experiment unnötig viel des giftigen Gases freigesetzt.Die Löslichkeit von Schwefelwasserstoff in Wasser bzw. verdünnter Lauge läßt sich auch im Halbmikromaßstab bestimmen, ohne daß wesentliche Mengen des Schwefelwasserstoffs entweichen. Hierzu wird Wasser in einen Kolbenprober eingesaugt, der vorher nach Versuch 3.5.1 oder 3.5.2 mit einem bestimmten Volumen Schwefelwasserstoff gefüllt wurde.Geräte: Reagenzglas, Kolbenprober, Verschlußkappe

Versuchsaufbau:

Schwefelwasserstoff nach Versuch 3.5.1 bzw. 3.5.2,
Wasser,
Natronlauge (C, c(NaOH) = 2 mol*L-1)

Lehrerexperiment: möglich; Schülerexperiment: nicht möglich

Schutzmaßnahmen: Abzug Abb. (P024): Bestimmung der Löslichkeit von Schwefelwasserstoff in Wasser bzw. NatronlaugeSicherheitshinweis: Schutzbrille, Abzug

Durchführung: Der unter dem Abzug mit 40 mL Schwefelwasserstoff gefüllte Kolbenprober wird mit der &Ouml;ffnung in ein Reagenzglas mit Wasser bzw. Natronlauge gehalten. Nun saugt man langsam 10 mL Flüssigkeit ein. Nach Verschließen des Kolbenprobers und kräftigem Schütteln stellt man das Volumen des verbliebenen Gases fest.
Entsorgung: Die Lösung kann in einer gut verschlossenen Flasche an einem kühlen, gelüfteten und sicheren Aufbewahrungsort gelagert werden. Sulfid-Ionen enthaltende Lösungen können durch Zugabe von Natriumsulfit und Ansäuern entsorgt werden. Die Lösungen sind zu neutralisieren. Danach können sie ins Abwasser gegeben werden.
Anmerkung: Aus der Löslichkeit in Wasser und dem Nachweis sauren Verhaltens in Wasser mit Bromthymolblau kann man folgern, daß Schwefelwasserstoff in Laugen gut absorbiert werden kann. Ein vergleichender Versuch zur Löslichkeit von Schwefelwasserstoff in Natronlauge statt Wasser bestätigt die Vermutung.Die saure Eigenschaft von Schwefelwasserstoff kann bei der Konstruktion sicherer Apparaturen verwendet werden. Eine Kombination aus einer Sicherheitswaschflasche und einer Gaswaschflasche mit Lauge bildet die Abschlußeinheit einer Gasentwicklungsapparatur für saure giftige Gase.

3.5.4 Fällung von SchwermetallsulfidenVorbemerkung: Schwefelwasserstoff bildet mit Schwermetallen unterschiedlich schwer lösliche, zum Teil farbige Niederschläge. Die Fällung ist vom pH-Wert der Lösung abhängig. Daher wird Schwefelwasserstoff in der analytischen Chemie zur Auftrennung und zum Nachweis von Schwermetallen verwendet.Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: nicht möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille, AbzugA BAbb. (P005): Fällung von Schwermetallsalzen mit gasförmigem Schwefelwasserstoff und anschließender Absorption in verdünnter Natronlauge

Geräte: Kolbenprober, Verbindungsstücke, 2 Gaswaschflaschen, Schraubgewinde mit Dichtungen

Versuchsaufbau: Schwefelwasserstoff (T+) aus Versuch 3.5.1 oder 3.5.2, Lösung von Kupfer(II)-sulfat (Xn, c(CuSO4) = 0,01 mol*L-1), Natronlauge (C, c(NaOH) ©= 2mol*L-1)

Durchführung: Die Nachweisapparatur (P005) wird nach Abbildung im Abzug aufgebaut, wobei der Kolbenprober mit etwas Luft gefüllt ist. In die Gaswaschflasche (A) wird die Kupfer(II)-sulfatlösung eingefüllt, in die Gaswaschflasche (B) die verdünnte Natronlauge. Die Apparatur ist dicht, wenn die Luft des Kolbenprobers durch beide Gaswaschflaschen perlt.Anschließend wird der Kolbenprober aus der Apparatur entfernt und in einer Apparatur nach Versuch 3.5.1 oder 3.5.2 mit Schwefelwasserstoff gefüllt. Der mit Schwefelwasserstoff gefüllte Kolbenprober wird wieder in die Apparatur (P005) eingesetzt. Danach drückt man den Schwefelwasserstoff langsam durch die Reagenzlösung. Während aus der Kupfersalzlösung schon in stark saurem Medium das Sulfid ausfällt, läßt sich Aluminiumsulfid erst im neutralen und Mangansulfid erst im alkalischen Bereich ausfällen. Den Abschluß der Apparatur bildet immer eine Gaswaschflasche mit Natronlauge.

Entsorgung: Die Apparatur wird im Abzug geöffnet. Metallsalzlösungen werden in den Behälter für Schwermetalle gegeben. Sufidhaltige Lösungen werden mit Natriumsulfit versetzt und angesäuert. Die anschließend neutralisierten Lösungen können ins Abwasser gegeben werden.

Anmerkung: Zum einfachen Nachweis von Schwermetall-Ionen verwendet man wegen der leichteren Handhabung eine gesättigte Lösung von Schwefelwasserstoff in Wasser ("Schwefelwasserstoffwasser") oder Natriumsulfid-Lösung. Beim systematischen qualitativen Trennungsgang wird man jedoch nicht auf das Gas verzichten, da sich andernfalls zu große Flüssigkeitsvolumina ergeben.Blei(II)-acetat-Papier (Xn, Schwangerschaftsgruppe B), das zum Nachweis von Schwefelwasserstoff dient, läßt sich auch durch Kupfer(II)-sulfat-Papier (Xn) ersetzen..

3.5.5 Brennbarkeit von SchwefelwasserstoffVorbemerkung: Die Brennbarkeit von Schwefelwasserstoff wird gezeigt. In einer zweiten Apparatur werden die Oxidationsprodukte des Schwefelwasserstoffs analysiert. Den Reaktionen liegt das folgende Reaktionsschemata zugrunde:

2 H2S + 3 O2 > 2 H2O + 2 SO2

In einer anschließenden Apparatur werden die Verbrennungsgase aufgefangen. Wasser wird in einer Falle an weißem Kupfer(II)-sulfat absorbiert und durch die Blaufärbung nachgewiesen. Das Restgas Schwefeldioxid wird zur weiteren Untersuchung in einem Kolbenprober aufgefangen.Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: nicht möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille, Abzugwasserfreies Kupfer(II)-sulfatKupferwolleSalzsäureEisensulfid(I) (II)Abb. (P019+P032): Verbrennung von Schwefelwasserstoff mit Luftsauerstoff (A). Nachweis des entstehenden Wassers durch wasserfreies Kupfersulfat (B). Auffangen des Schwefeldioxids zur Weiterverwendung.Geräte: (I) Reagenzglas mit seitlichem Ansatz, Tropfpipette, Glasrohr mit Spitze und Kupferwolle als Rückschlagsicherung;(II) Gasauffangtrichter, Reagenzglas mit seitlichem Ansatz, langes Glasrohr als Einsatz, T-Verbindungsstück, Kolbenprober, Schraubverschlüsse mit Dichtungen.

Chemikalien: I: Eisensulfid; verd. Salzsäure (C, c(HCl)= 5 mol*L-1;II: Wasserfreies Kupfersulfat (Xn)

Durchführung:Die Apparateteile (I) und (II) nach Abb.(P019) u.(P032) werden im Abzug aufgebaut. Im ersten Apparateteil wird Schwefelwasserstoff durch Zutropfen von verdünnter Salzsäure zu Eisensulfid hergestellt und sofort mit Luft (Rückschlagsicherung Kupferwolle) verbrannt. Durch Abschrecken der Flamme mit einer kalten Porzellanschale läßt sich elementarer Schwefel nachweisen.Die Abgase der Schwefelwasserstoffflamme werden mit Hilfe des Kolbenprobers in den Apparateteil (II) gesaugt. Dabei passieren die Gase das Trockenrohr mit dem weißen Kupfer(II)-sulfat.

Entsorgung: Metallsalzlösungen werden in den Behälter für Schwermetalle gegeben.

3.5.6 Synproportionierung von Schwefelwasserstoff mit Schwefelverbindungen höherer Oxidationsstufen

Vorbemerkung: Schwefelwasserstoff reagiert mit Schwefeldioxid unter Bildung von elementarem Schwefel und Wasser. Der Umsetzungsprozeß ist die Grundlage für das CLAUS-Verfahren zur Entschwefelung von Erdgas.

SO2 + 2 H2 > 3 S + 2 H2O

Als Katalysator eignet sich Aktivkohle oder auch Wasser.Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: nicht möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille, AbzugAbb. (P031): Nachweis der Synproportionierung von Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid

Geräte, Halbmikro:2 Kolbenprober, Thermometer, T-Stück, Schraubgewinde mit Dichtungen

Makro: (ohne Abb.) statt des T-Stückes kann man ein U-Rohr benutzen, in dessen einem Schenkel das Thermometer eingesetzt ist.

Chemikalien:Schwefelwasserstoff (T+) erhält man nach Versuch 3.5.1 oder 3.5.2

Schwefeldioxid/Luft-Gemisch (T) erhält man durch Verbrennen einer kleinen Portion Schwefelwasserstoffs (Versuch 3.5.5) oder Schwefels am Magnesiastäbchen (Versuch 3.6.1) und Auffangen des Schwefeldioxids nach Versuch 3.5.5 (Apparat II)

Durchführung:Schwefelwasserstoff wird nach Versuch 3.5.1 oder 3.5.2 dargestellt. Schwefeldioxid erhält man im Gemisch mit Luft nach Versuch 3.5.5. Die Kolbenprober mit den beiden Gasen werden mit dem T-Stück (U-Rohr) verbunden. In das T-Stück ragt ein Thermometer mit angefeuchteter Thermometerkugel.In dem Wassertropfen findet eine exotherme Synproportionierung statt, die zu einer Temperaturerhöhung von ca. 5C führt. Die Verminderung des Gasvolumens kann quantitativ erfaßt werden. Sie läßt Rückschlüsse auf die Oxidationsstufen des Schwefels zu.

Entsorgung: Die Apparatur wird im Abzug zerlegt und ausgespült.

3.6 SchwefeldioxidSchwefeldioxid entsteht häufig bereits bei Versuchen zum Aggregatzustandswechsel von Schwefel. Erhitzt man nämlich zu stark, so entzündet sich der Schwefeldampf an der Luft. Der Versuch, die Schwefelflamme auszublasen, facht die Verbrennung häufig nur an. Besser ist es, man erstickt die Flamme durch einen vorbereiteten nassen Filterpapierstopfen.Die verschiedenen flüssigen Schwefelformen prüft man am besten mit einem Magnesiastab. Nach dem Erkalten bleibt genügend Schwefel haften, um damit Oxidationsversuche durchzuführen und den Nachweis von Schwefeldioxid zu erbringen.

 

3.6.1 Die Oxidation von Schwefel mit Luftsauerstoff und der Nachweis der reduzierenden Wirkung von Schwefeldioxid in Wasser

Vorbemerkung: Das Experiment kann bei gleichem Aufbau je nach Reagenz verschiedene Eigenschaften von Schwefeldioxid bzw. Schwefliger Säure zeigen. Mit einem Säure-Basen-Indikator kann man die sauren Eigenschaften der Lösung zeigen, mit königsblauer Tinte die Reduktionswirkung in der Art des "Tintenkillers", mit Fuchsin gelangt man zum Addukt der Fuchsinschwefligen Säure, die ihrerseits ein Indikator für Aldehyde ist. Auch kann die gebildete Schweflige Säure durch Wasserstoffperoxid zur Schwefelsäure oxidiert werden, die mit Bariumchlorid (Xn) einen schwerlöslichen Niederschlag aus Bariumsulfat bildet. Der Oxidationsversuch ist geeignet, das Entstehen sauren Regens zu demonstrieren.Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille, Abzug

Geräte: Auffangtrichter, Verbindungsstück, Gaswaschflasche, diverse Dichtungen, WasserstrahlpumpeVersuchsaufbau: Wäßrige Fuchsinlösung (w = 0,01%) oder schwach alkalische Lösung von königsblauer Tinte, Schwefel

Versuchsaufbau: Magnesia-Stäbchen mit Schwefelalkalische königsblaue Tinte WasserstrahlpumpeAbb. (P054B): Aufsaugen von schwefeldioxidhaltigen Abgasen und Nachweis der reduzierenden Wirkung von schwefliger Säure

Versuchsdurchführung: Vorarbeiten: Magnesiastäbchen mit Schwefelkopf erhält man nebenbei, indem man ca. 100 mg Schwefel in einem kurzen Reagenzglas oder selbst geblasenem Glührohr erhitzt und mit einem Magnesia-Stäbchen die Viskosität der Schmelze untersucht (s.o.).Durchführung: Eine Gaswaschflasche mit Fuchsin-Lösung wird an eine Wasserstrahlpumpe angeschlossen.Ergebnis: Schwefeldioxid entfärbt eine wäßrige königsblaue Tinte durch seine reduzierende Wirkung.

Entsorgung: Die Lösung kann nach der Neutralisation ins Abwasser gegeben werden.

 

3.6.2 Darstellung und Demonstration der verschiedenen Eigenschaften von Schwefeldioxid

Vorbemerkung: In einem Versuch soll das leichter flüchtige Schwefeldioxid aus einem Salz der schwefligen Säure freigesetzt werden. Ferner sollen die verschiedenen Wirkungen auf unterschiedliche Substanzen demonstriert werden. Lehrerexperiment: möglichSchülerexperiment: möglichSchutzmaßnahmen: Schutzbrille, Handschuhe, AbzugGeräte:Halbmikro:Reagenzglas mit seitlichem Ansatz, Tropfer, Sicherheitswaschflasche, T-Stück als Gaskammer für Feststoffe, 2 Gaswaschflaschen, (evtl. 1 Ausgleichsstück).Makro:Gasentwickler mit Druckausgleich und Reaktionskolben, Sicherheitswaschflasche, 3 Gaswaschflaschen

Versuchsaufbau: Natriumsulfit (Xi), konz. Schwefelsäure  (C), mit königsblauer Tinte beschriftetes angefeuchtetes Schreibpapier, entfettete rote Blütenblätter, stark verdünnte Lösung von Kaliumpermanganat (Xn, c = 0,001 mol*L-1), leicht alkalische Lösung von Bromthymolblau.

Versuchsaufbau: beschriebenes Papier, BlütenblattSchwefelsäureNatriumsulfit Kaliumpermanganat BromthymolblauAbb. (P045B): Darstellung von Schwefeldioxid aus Natriumsulfit und konzentrierter Salzsäure mit anschließenden Nachweisreaktionen.

Versuchsdurchführung:

Hinweis: Den Abschluß der Apparatur bildet eine Gaswaschflasche mit einer leicht alkalischen Bromthymolblau-Lösung, die überschüssiges Schwefeldioxid bindet, so daß auf die Benutzung des Abzuges während der Demonstration verzichtet werden kann. Schlägt die Indikatorfarbe während des Versuchsverlaufes zur sauren Form um, so ist die Absorptionskapazität der Lauge erschöpft und die austretenden Gase müssen in ein weiteres Gefäß mit Natronlauge oder in den Abzug eingeleitet werden.

Vorarbeiten: Zur Entfernung der Wachsschicht auf den Blütenblättern badet man die Blätter etwa 3 Minuten in Ethanol (F)Durchführung: Die Halbmikroapparatur wird nach Abbildung zusammengebaut. Anschließend werden ein mit königsblauer Tinte beschriebenes, feuchtes Schreibpapier und ein entfettetes Blütenblatt in das T-Stück gegeben. In die folgende Gaswaschflasche gibt man eine blass-violette Kaliumpermanganat-Lösung, in die anschließende Gaswaschflasche etwas Wasser mit Bromthymolblau, dem ein Tropfen Natronlauge zugesetzt wurde. Nun erfolgt die Probe auf Dichtigkeit, indem man mit dem Gummiball des noch leeren Tropfers einen Überdruck erzeugt, der in der letzten Gaswaschflasche Blasen erzeugen muß. Ist das der Fall, kann in das erste Reaktionsgefäß ca. 150 mg Natriumsulfit und in den Tropfer 1 mL konzentrierte Schwefelsäure gegeben werden. Nach dem Zusammenbau läßt man die Schwefelsäure zum Natriumsulfit tropfen. Gegebenenfalls kann vorsichtig erhitzt werden. Nacheinander schlagen die Farben der Lösungen um, die Entfärbung der Tinte und des Blütenblattes benötigen mehrere Minuten. Während dieser Zeit bewahrt man die Apparatur im Abzug auf. Die Entsorgung geschieht im Abzug. Die Makroapparatur wird nach Abbildung im Abzug aufgebaut. Man belädt die Apparatur wie die Halbmikroapparatur. Die Gasdichtigkeit überprüft man, indem man mit einem Tropfer eine kleine Menge Luft in den Tropftrichter drückt, was zu Gasblasen in der letzten Gaswaschflasche führen muß. Danach füllt man etwa 2 g Natriumsulfit und ca. 5 mL konzentrierte Schwefelsäure ein. Der weitere Verlauf ist gleich dem Halbmikroversuch.Ergebnis: Schwefeldioxid bleicht Farbstoffe durch seine reduzierende Wirkung und entwickelt in wäßriger Lösung sauren Charakter.Entsorgung: Man gibt die Lösungen in den Behälter für Säuren und Laugen.Gasentwickler beschriebenes Papier Blüte Kaliumpermanganat- Bromthymolblau-Lösung in Natronlauge

Abb. (P029B): Makroapparatur zur Darstellung von Schwefeldioxid und Nachweis seiner chemischen Wirkung

 

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  Klaus-G. Häusler haeusler[at]muenster[dot]de; giftgas-soest/gase3.htm