Wasserstoff aus Magnesium und Säure;

Verbrennung des Wasserstoffs mit Luft

exp36.htm 27.10.2011

Wasserstoff aus Magnesium und Säure;

Verbrennung des Wasserstoffs mit Luft

Experiment Magnesium reagiert mit verdünnter Salzsäure zu Wasserstoff und Magnesiumchlorid. Der Wasserstoff verbrennt mit Luft zu Wasser

Reaktion:

 Mg + 2 HCl(aq) -> MgCl2 + H2(g)
2 H2(g)  +  O2(g)  -> 2 H2O

Apparatur:

Bild: Darstellung von Wasserstoff aus Magnesium mit verdünnter Essigsäure;
Auffangen des Wasserstoffs mit anschließender Knallgasprobe

A Pipette mit Luer-Lock-Anschluss
B Dreiwegehahn
C Kunststoff-Kolbenprober
D Kuststoff-Kupplung m/m
E Luer-Lock-Adapter
F gerades Verbindungsstück
G Glasrohr mit Spitze
H Reagenzglas
I Alu-Stativwinkel
J Säuregefäß

1 Verdünnte Säure
2 Magnesium (-band)
3 Wasserstoff
4 Luft, evt.l Trockenmittel
5 Luft

Stoffe:

 (1) ca. 50mg Magnesium,
(2) 50 mL verd. Salzsäure   (Salpetersäure ist wegen der Bildung nitroser Gase ungeeignet!)
(3) Wasserstoff
[(4) Luft, evt. Trockenmittel z.B. Calciumchlorid, sicc.]
(5) Luft

Ergänzung:

 [Abbildung (300dpi) | Didaktik]

Durchführung

Aufbau:

Die Apparatur besteht aus einer Vorratsgefäß (A) mit mindestens 200mL Fassungsvermögen und beliebiger Form, einer Pipette mit Luer-Lock-Anschluss (B), einem Dreiwegehahn (C), einem Kunststoff-Kolbenprober (D), einer Kunststoff-Kupplung (E), einer Luer-Lock-Adapter (F), einem geraden Verbindungsstück (G) und einem Glasrohr mit Spitze (H) und Rückschlagsicherung nach Davy (Kupferdrehspäne oder Eisenwolle in (H)).

Die Apparatur wird ohne die Vorratsflasche zuerst komplett liegend auf dem Tisch zusammengebaut. Anschließend wird die gesamte Apparatur von der Rückseite her mit Federklammern (runde Kunststoffseite) versehen. In die Stahlseite der Federklammern wird das Alu-Vierkantrohr eingelegt bis die Federklammern einrasten.

Dem Kolbenprober wird der Stempel entnommen, das abgewogene Magnesium (Band oder Späne) in den Kolben gegeben, der Stempel wieder eingesetzt und so weit wie möglich hineingedrückt. Danach wird die Apparatur (B-H) am Stativ hängend in das Vorratsgefäß (A) eingesetzt, so dass die Pipettenspitze dicht über dem Boden des Säure-Vorratsgefäßes ist.

Man bringt den Dreiwegehahn in die gezeichnete Stellung und saugt etwas  Salzsäure an.

Reaktion:

 Beim Kontakt der Säure mit dem Magnesium entsteht ein farbloses Gas. Dieses Gas enthält noch etwas Luft, daher sollten die ersten 5mL  Gas verworfen werden. Man drückt das Gasgemisch bei gleicher Hahnstellung einfach aus dem Kolbenprober, es entweicht durch das offene Säuregefäß.
Anschließend wird erneut Säure  angesaugt, ohne dass Luft eindringt! Das Magnesium löst sich dabei auf. Die  überschüssige Säure  wird ins Vorratsgefäß zurückgedrückt. Die Reaktion wird automatisch beendet, wenn
  • das Magnesium verbraucht ist oder
  • die Säure verbraucht ist oder
  • sämtliche Säure durch den gebildeten Wasserstoff ins Vorratsgefäß zurückgedrückt ist.

In den ersten beiden Fällen drückt man die überschüssige Flüssigkeit aus dem Kolbenprober bis sich nur noch Wasserstoff im Kolbenprober befindet. Durch Drehen des Hahnes verbindet man den seitlichen Anschluss mit dem gasgefüllten Kolben und kann den Wasserstoff zum Abbrennen bringen. Es empfiehlt sich, eine Knallgasprobe durchzuführen. Wenn man nach der oben beschriebenen Art den ersten gebildeten Wasserstoff verwirft, sollte die Knallgasprobe nur noch auf brennbare Wasserstoff hinweisen (Explosionsgrenzen von Wasserstoff).

Beobachtung:

 Beim Kontakt der Salzsäure mit dem Magnesium entsteht eine Gasentwicklung.

Dabei wird die Säure in das Vorratsgefäß zurückgedrückt.

Mit dem Gas wird die Knallgasprobe durchgeführt.  Sie verläuft positiv (brennbares Gas).
Das farblose  Gas kann in einer  pneumatischen Wanne über Wasser in Reagenzgläser umgefüllt oder in einem Gasometer gespeichert werden.

Man kann einen quantitativen Zusammenhang zwischen der Länge des eingesetzten Magnesiumbandes und dem Volumen des gebildeten Wasserstoffs finden: Pro 1mm Magnesiumband  wird etwa 1mL Wasserstoff gebildet (stöchiometrischer Zusammenhangund ).

Entsorgung:

 Die unverbrauchte Säure, die mit dem Magnesiumsalz verunreinigt ist, kann wiederverwendet werden (etikettieren und verschlossen aufbewahren).

Ist die Säurelösung verbraucht, kann sie, wenn das Säure-Anion unbedenklich ist, mit dem Abwasser entsorgt werden. (z.B. Bei Salzsäure, Schwefelsäure, Essigsäure, Citronensäure)

Das Gas kann über ein Glasrohr mit Kupferwolle aus Rückschlagsicherung  abgebrannt werden.

Folgerung

Deutung:

 Magnesium regiert mit allen verdünnten Säuren unter Bildung von Wasserstoff. Dabei wird das metallische Magnesium verbraucht. Das entwickelte Gas ist brennbar. Es brennt mit kaum sichtbarer Flamme, die sich nach dem Erhitzen des Borosilikatglases gelb färbt.

Fakten:

 Bei der Reaktion von Magnesium mit verdünnter Säure (hier Salzsäure) bildet sich  Wasserstoff und das Magnesiumsalz der Säure (hier Magnesiumchlorid). Wasserstoff verbrennt an der Luft mit farbloser Flamme.

Fragen:

Woher stammt der Wasserstoff?
Welche Reaktion läuft bei der Verbrennung des Wasserstoffs an der Luft ab?
Zu welchen Reaktionstypen kann die Reaktion des Wasserstoffs mit der Luft eingeordnet werden?

  • Redox-Reaktion
  • Salzbildung
  • Additionsreaktion
  • Doppelumsetzung
  • Substitutionsreaktion
  • Säure-Basen-Reaktion
Literatur und Bearbeitung

Autor (Text):

Klaus-G. Häusler
Quelle:

weiterführende Literatur:

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