Lernen an Stationen zum Thema Carbonate

Transkript

1 - CO 2 in der Ausatemluft - Führt das folgende durch und wertet es mithilfe des folgenden Textes umfassend aus. Geräte/Chemikalien: Reagenzglas, Glasrohr, Bariumhydroxidlösung 1. Füllt das Reagenzglas zu 1/4 mit Bariumhydroxid-Lösung. 2. Puste deine Ausatemluft vorsichtig durch das eingetauchte Glasrohr in die Bariumhydroxidlösung. Begründet eure Beobachtung mit Hilfe von Wort und Reaktionsgleichungen. Infotext Hinterlasst die Station bitte so, wie ihr sie vorfinden möchtet! Aus dem Biologieunterricht dürfte dir bekannt sein, dass unser menschlicher Körper Energie benötigt, z. B. um seine Temperatur auf den normalen 36,5 C zu halten oder um unsere Muskeln arbeiten zu lassen. Doch woher kommt diese Energie? Der Körper gewinnt diese Energie aus Nährstoffen, die wir in Form von Brot, Kartoffeln, Kavier, Champagner, Äpfeln usw. zu uns nehmen. Der Energiegehalt der Nahrungsmittel wird durch die Angabe des Brennwertes in kj oder kcal gekennzeichnet (siehe Abbildung). Die Energie wird durch Verdauung von Zucker und Stärke, Fetten und Eiweißen, unseren Hauptnährstoffen, gewonnen. Alle diese Stoffe bestehen aus sehr großen und kompliziert gebauten Molekülen, die zu einem großen Teil aus Kohlenstoff bestehen. Während des Verdauungsprozesses, der im Mund beginnt, und in Magen und Darm fortgesetzt wird, werden diese Moleküle zerkleinert und dann Abb. 1: Durchschnittlicher Nährwert eines Müslis in das Blutsystem übernommen, von wo aus sie zu allen Zellen des Körpers gelangen. Über das Blut wird auch Sauerstoff von der Lunge zu den einzelnen Körperzellen transportiert. In den Körperzellen werden dann die aus den Nährstoffen entstandenen kleineren Moleküle verbrannt. Dabei entstehen im wesentlichen Kohlenstoffdioxid und Wasser. Beides wird über die Lunge wieder abgegeben. In der Einatemluft befinden sich 0,035% CO 2 gegenüber ca. 5% in der Ausatemluft. Während für die Verbrennung von Kohlenstoff an der Luft eine Brennerflamme nötig ist, also eine extrem hohe Temperatur, läuft die Verbrennung der Nährstoffe im Körper bereits bei 36,5 C ab. Man spricht deshalb auch von sanfter Oxidation. Diese sanfte Oxidation wird durch Enzyme ermöglicht. Für Fette z. B. gilt: Enzyme Fett + Sauerstoff Kohlenstoffdioxid + Wasser Diese einfache Wortgleichung fasst die Vorgänge im Körper bei der Fettverdauung stark vereinfacht zusammen, gibt aber keine Auskunft über die komplizierten Vorgänge, die dabei ablaufen.

2 - Erhitzen von n - Führt das folgende durch und entnehmt dem folgenden Text wesentliche Informationen über Soda. Geräte/Chemikalien: Reagenzgläser mit Ableitungsrohr, Reagenzglashalter, Reagenzgläser, Schlauchverbindungen, Glasrohre, Brenner, Bariumhydroxid-Lösung oder Calciumhydroxid- Lösung, Soda, Pottasche, Magnesiumcarbonat, Natron 1. Füllt die Reagenzgläser mit Ableitungsrohr mit je einem der. 2. Leitet eventuell entstehende Gase über ein Glasrohr in die Barium- bzw. Calciumhydroxid-Lösung. Nennt die direkte Ursache für eure Beobachtung. Gebt alle zur Erklärung notwendigen Reaktionsgleichungen an. Infotext 1 Soda: Natriumcarbonat Na 2 CO 3 - auch Soda genannt - ist das Natriumsalz der Kohlensäure. Natriumcarbonat ist ein gut in Wasser lösliches Salz, dessen wässrige Lösung stark alkalisch reagiert. Natriumcarbonat wurde schon von den alten Ägyptern als waschaktive Substanz erkannt und zur Reinigung von Kleidung verwendet. Ebenfalls eine lange Geschichte hat der Einsatz von Soda bei der Glasherstellung. Große Mengen Natriumcarbonat findet man (in Mischung mit Natriumhydrogencarbonat) in Salzseen Ägyptens oder Nord- und Südamerikas. Bis zum 19. Jahrhundert gewann man Soda aus kochsalzreichen Meeres- oder Strandpflanzen. Diese wurde verbrannt und hinterließen eine sodareiche Asche. Heute wird Soda mit Hilfe des sogenannten Solvay-Verfahrens großtechnisch und in großen Mengen hergestellt, denn Soda ist das wichtigste Zwischenprodukt für die Herstellung von Natrium-Verbindungen. Es wird zum Beispiel zur Herstellung von Natriumhydroxid, Natriumhydrogencarbonat oder Ultramarinblau eingesetzt, dient bei der Produktion von Glas als Flussmittel und wird zur Herstellung von Seifen und Waschmitteln (siehe Bild 2 ) sowie in der Zellstoff- und Papierindustrie und zum Enthärten von Wasser verwendet. 1 Vgl.: (10. Mai 2005), (10. Mai 2005) 2 (10. Mai 2005)

3 - Löslichkeit von n - Führt das folgende durch und entnehmt dem folgenden Text wesentliche Informationen über Pottasche. Geräte/Chemikalien: Reagenzgläser, Wasser, Spatel, Unitest-Lösung, Soda, Pottasche, Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Natron 1. Füllt die Reagenzgläser zu ¼ mit Wasser. 2. Fügt eine Spatelspitze des jeweiligen Carbonats hinzu, schüttelt kräftig. 3. Fügt einige Tropfen Unitest-Lösung hinzu. Nennt die direkte Ursache für eure Beobachtung. Gebt alle zur Erklärung notwendigen Reaktionsgleichungen an. (Tipp: Aufgabe von Station 4 benutzen!) Infotext 1 Pottasche ist chemisch gesehen Kaliumcarbonat. Kaliumcarbonat wirkt stark hygroskopisch und zeigt im Übrigen alle typischen Eigenschaften der. Pottasche wurde früher aus Holzasche gewonnen. Man laugte die Holzasche in Holzbottichen mit Siebböden aus, bis die Lösung etwa 25% Salze enthielt. Diese Lauge wurde in Töpfen (Pötten) eingedampft, daher die Bezeichnung Pottasche. Verwendet wurde die Pottasche zur Herstellung von Seifen und Gläsern. Seifen wurden schon von den Galliern aus Fett und Pottasche gewonnen. Heute wird Kaliumcarbonat zur Synthese anderer Kaliumverbindungen und zur Herstellung von Glas, keramischen Erzeugnissen und Pigmenten verwendet und auch im Labor findet es als Trockenmittel Verwendung. Im Haushalt findet Pottasche als Backpulver Anwendung (siehe Bild 2 ). Pottasche wird meistens für Leb- und Honigkuchen, d.h. für Kleingebäck, das relativ lange gelagert wird, eingesetzt. Sie wird durch die im Mehl vorhandenen und aus der Luft hinzutretenden Mikroorganismen, die eine leichte Säuerung verursachen, zersetzt. Es tritt eine alkalische Reaktion ein, die die Elastizität des Teiges verbessert und ihm einen typischen Geschmack gibt. Außerdem wird der Teig gelockert. Pottasche unterscheidet sich von anderen Backpulvern, durch das Fehlen saurer Bestandteile. 1 Vgl. (10. Mai 2005), (10. Mai 2005) 2 (10. Mai 2005)

4 - Reaktion mit Säuren - Führt das folgende durch und löst die unten stehende Aufgabe. Geräte/Chemikalien: Urgläschen, Glasstab, Spatel, Barium- oder Calciumhydroxid-Lösung, Magnesiumcarbonat, Natriumcarbonat, Natriumcarbonat, Salzsäure, 1. Platziert mit Hilfe des Spatels ein kleines Häufchen des jeweiligen Carbonats auf je ein Urgläschen. 2. Taucht einen sauberen Glasstab in die Barium- bzw. Calciumhydroxid- Lösung. 3. Tropft Salzsäure auf das jeweilige Carbonat. 4. Haltet das Glasstäbchen über die Mischung, ohne diese zu berühren. Nennt die direkte Ursache für eure Beobachtung. Gebt alle zur Erklärung notwendigen Reaktionsgleichungen an. Aufgabe Gib in deinen eigenen Worten die Aussage der folgenden Reaktionsgleichungen wider und überlege, ob sich ein verwertbarer Bezug zu Station 3 herstellen lässt. (1) Na 2 CO 3 2 Na CO 3 (2) CO H 2 O HCO OH - (3) HCO H 2 O CO OH -

5 - Reaktion der Hydrogencarbonate mit Säuren - : Führt das folgende durch und löst die unten gestellte Aufgabe. Geräte/Chemikalien: pneumatische Wanne, Teelicht, Streichhölzer, Backpulver, Salzsäure, Pipette 1. Füllt den Boden der pneumatischen Wanne mit Backpulver und stellt ein brennendes Teelicht hinein. 2. Tropft die Säure auf das Backpulver in der Umgebung der Kerze. Nennt die direkte Ursache für eure Beobachtung. Erklärt die Beobachtung unter Benutzung notwendiger Reaktionsgleichungen. Hinterlasst die Station bitte so, wie ihr sie vorfinden möchtet! Aufgabe Erläutert die Funktionsweise von Brausepulver und Backpulver. (Tipp: Benutzt dazu auch ein Ergebnis von Station 2.)

6 - Kalk brennen - Führt das durch und entnehmt dem folgenden Text wesentliche Informationen über Calciumcarbonat. Geräte/Chemikalien: Tiegelzange, 2 Bechergläser, Marmor, Phenolphthalein-Lösung, Wasser 1. Füllt ein Becherglas etwa fingerbreit mit Wasser und setzt einige Tropfen Phenolphthalein-Lösung zu. 2. Haltet mit einer Tiegelzange ein Stück Marmor etwa 1 bis 2 Minuten in die entleuchtete Brennerflamme. 3. Gebt das erhitzte Marmorstück in das vorbereitete Becherglas. Nenne die direkte Ursache für deine Beobachtung. Erkläre das Vorhandensein dieser Ursache mit Hilfe deiner Ergebnisse von den Stationen 2 und 3. Gib alle zur Erklärung notwendigen Reaktionsgleichungen an. Infotext 5 Hinterlasst die Station bitte so, wie ihr sie vorfinden möchtet! Calciumcarbonat, ein vielseitiger Stoff: Wenn der Chemiker von Calciumcarbonat spricht, meint er ein weißes Pulver, das sich in einer Chemikalienflasche befindet. Doch der "Stoff Calciumcarbonat" begegnet uns in der Natur in vielen Variationen. a) Kalkstein ist durch sedimentäre Ablagerung im Meer gebildetes Calciumcarbonat. Oft sind Kalksteine reich an Versteinerungen. Kalkstein war schon im Altertum ein wichtiges Baumaterial, z.b. für den Bau der Cheops- Pyramide. b) Calcit ist die chemisch stabilste Form des Calciumcarbonats und bildet farblose oder durch Fremdeinschlüsse gefärbte Kristalle. Die meisten Kalksteine oder Marmore enthalten kleinste Kristalle von Calcit. Sie bilden sich in Hohlräumen oder Spalten, die von hartem Wasser durchflossen werden. c) Aragonit ist im chemischen Aufbau dem Calcit sehr ähnlich aber nicht so beständig und kommt darum in der Natur nicht als Gestein vor. Er bildet in reiner Form farblose bis weiße Kristalle, die sich nicht gut spalten und unterscheidet sich dadurch vom Calcit. d) Dolomit bildet wasserklare oder durchscheinende Kristalle, die gut spaltbar sind. Das Mineral ist ein Calcium- Magnesiumcarbonat. Das mit verdünnter Salzsäure zunächst kein Kohlenstoffdioxid entwickelt, erst beim Erwärmen lässt sich das typische Sprudeln beobachten. e) Kreide heißen die in der Kreidezeit aus den Schalen von Kleinstlebewesen gebildeten weißen Kalke, die im Gegensatz zum Kalkstein stark abfärben und daher als Pigmente verwendet werden. Kreidevorkommen finden sich z. B auf Rügen. Kreide wird zur Herstellung von Tafelkreide und als weißes Pigment verwendet. f) Kalksinter entsteht, wenn hartes Wasser aus dem Untergrund zutage tritt. Das gelöste Calciumhydrogencarbonat wandelt sich zu Kohlenstoffdioxid und zu Kalk um, der dann treppenstufig angeordnete Terrassen und tropfsteinartige Gebilde um die Quelle herum bildet. g) Marmorgesteine bilden sich metamorph. D. h. sie entstehen, wenn sedimentär entstandener Kalkstein unter hohem Druck wieder in die Erdkruste hineingeschoben und dort bei hohen Temperaturen umgewandelt wird ("Metamorphose"). Der Kalkstein wird dabei grobkörniger und dichter. Dies ermöglicht die Polierfähigkeit der Marmore, welcher schon den Römern als Baumaterial diente. 5 Vgl. Seilnacht, T.: Calciumcarbonat, ein vielseitiger Stoff. (10. Mai 2005)

7 - Kalk löschen - Führt das durch und löst die unten stehende Aufgabe. Geräte/Chemikalien: Petrischale, Thermometer, Calciumoxid wasserfrei, Universalindikatorpapier, Thermometer 1. Gebt in die Petrischale einige Stücken Calciumoxid. 2. Haltet ein feuchtes Stück ph-papier an eines der Stücke. 3. Gebt soviel Wasser hinzu (einige Tropen), dass sich die Stücke damit vollsaugen können und miss während dessen die Temperatur. Anmerkung: Die Reaktion kann mit einiger Verzögerung einsetzen, dann aber um so intensiver ablaufen. Sicherheitshinweis: Achtung Spritzgefahr! Unbedingt Schutzbrille tragen! Nenne die direkten Ursachen deiner Beobachtungen. Erkläre das Vorhandensein dieser Ursache. Gib alle zur Erklärung notwendigen Reaktionsgleichungen an. Hinterlasst die Station bitte so, wie ihr sie vorfinden möchtet! Aufgabe Berechne, wie viel Salzsäure notwendig ist, um die beim Löschen von 100g Kalk entstehende basische Lösung zu neutralisieren.

8 - - Beobachtung: Auswertung: Stoff: Beobachtungen: Auswertung: Natriumcarbonat Kaliumcarbonat Magnesiumcarbonat Natron Stoff: Beobachtungen: Auswertung: Natriumcarbonat Kaliumcarbonat Magnesiumcarbonat Calciumcarbonat Natron

9 Stoff: Beobachtungen: Auswertung: Natriumcarbonat Kaliumcarbonat Magnesiumcarbonat Auswertung: Beobachtung: Auswertung: Beobachtung: Auswertung: Beobachtung: Viel Spaß!