E1 Ein Modellversuch zum chemischen Gleichgewicht

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1 Chemische Reaktionen verlaufen keineswegs immer zu 100% von den Edukten zu den Produkten. Für ein Verständnis der Akzeptor-Donator Theorien (Säure/Base, Redox) sind eingehende Kenntnisse über die Ursachen für diesen Sachverhalt eine wichtige Voraussetzung. E1 Ein Modellversuch zum chemischen Gleichgewicht Geräte 2 Messzylinder 100 ml Zwei unterschiedlich dicke Glasrohre ca. 20 cm Tinte Geben Sie in einen der beiden Messzylinder 90 ml gefärbtes Wasser und stellen Sie das dickere der beiden Glasrohre hinein. In den zweiten leeren Messzylinder stellen Sie das dünnere Glasrohr. Die beiden Glasrohre müssen auf dem Boden aufstehen. Verschließen Sie nun die Glasrohre oben mit einem Finger und überführen Sie kreuzweise den Inhalt des dickeren Glasrohrs in den leeren Messzylinder und den Inhalt des dünneren Glasrohrs in den gefüllten Messzylinder (erster Schöpfvorgang ohne Inhalt). Notieren Sie die neuen Flüssigkeitsstände in den Messzylindern. Wiederholen Sie diesen Vorgang ca. 25-mal. Tragen Sie anschließend die gemessenen Volumina in ein Diagramm (Volumina gegen Anzahl der Schöpfvorgänge, ein Messzylinder blaue Kurve, der andere rote Kurve) ein. Achten Sie darauf, dass aus dem anfangs gefüllten Zylinder nur mit dem dickeren Rohr geschöpft wird. Aufgaben zu E1 1. Modellversuche zeigen immer einen bestimmten Aspekt eines Vorgangs besonders deutlich. Das im gegebenen Zusammenhang Relevante wird hervorgehoben, die komplexe Realität wird auf das Wesentliche reduziert. Welche Aspekte werden in diesem Modellversuch besonders hervorgehoben? 2. Sie können einen Zusammenhang zu wichtigen Messgrößen der Kinetik herstellen. In welchen Parametern Ihres Versuchs spiegeln sich die Begriffe Konzentration, Reaktionsgeschwindigkeit, Geschwindigkeitskonstante und Chemisches Gleichgewicht wider?

2 E2 Reaktionen verlaufen nicht immer vollständig. Das chemische Gleichgewicht Geräte Bechergläser Trichter mit Filterpapier Silbernitrat-Lösung, Gefahr Umweltgefährlich H 315, 318, 410 P 273, 280, , 501 Eisen(II)-sulfat-Lösung: H 302, 315, 319 P , , , , Eisen(III)-nitrat-Lösung: H 272, 319, 315 P 210, 280, , Geben Sie 25 ml Silbernitrat-Lösung der Konzentration 0,1 mol/l in ein Reagenzglas und fügen Sie 25 ml frisch angesetzte Eisen(II)-sulfat-Lösung, c = 0,1 mol/l hinzu. Lassen Sie die Mischung etwa 10 Minuten lang stehen, filtrieren dann und führen anschließend folgende Reaktionen durch: Tropfen Sie verd. Salzsäure in das Filtrat. Der gebildete Feststoff wird auf dem Filter mehrmals gut gewaschen. Geben Sie anschließend ca. 5 ml gesättigte Eisen(III)-nitrat-Lösung auf den Feststoff. Die abtropfende Lösung wird in einem sauberen Reagenzglas gesammelt und wiederum mit verd. Salzsäure versetzt. Aufgaben zu E2 1. Bei der zugrunde liegenden Reaktion handelt es sich um eine Redoxreaktion. Stellen Sie die Reaktionsgleichung auf. Worum handelt es sich folglich bei dem gebildeten Feststoff? 2. Was weisen Sie mit der verdünnten Salzsäure jeweils nach? Reaktionsgleichung! 3. Welches Prinzip verdeutlicht die in beiden Fällen auftretende Reaktion mit Salzsäure?

3 E3 Homogenes Gleichgewicht - Chromat/Dichromat-Gleichgewicht Geräte Reagenzgläser Kaliumchromat: /Gefahr H 315, 317, 319, 335, 340, 350i, 410 P 261, 273, , , , Kaliumdichromat: /Gefahr H 272, 301, 312, 314, 317, 330, 334, 340, 350, 360FD, 372, 410 P 221, 260, 273, , , Schwefelsäure verd.: H 315, 319 P 280, Natronlauge, verd.: Gefahr H 290, 314 P 280, , , !!! HANDSCHUHE TRAGEN!!! Lösen Sie einige Spatelspitzen Kaliumdichromat in wenig demin. Wasser. Teilen Sie die Lösung auf drei Reagenzgläser zu gleichen Mengen auf. Geben Sie anschließend in das erste Reagenzglas 1 ml verd. Schwefelsäure, in das zweite 1 ml verd. Natronlauge und in das dritte 1 ml demin. Wasser. Wiederholen Sie den Versuch, indem Sie dieses Mal eine etwa identische Menge Kaliumchromat in Wasser lösen, auf drei Regenzgläser aufteilen und anschließend wie oben verfahren. Entsorgung: Die Reaktionsabfälle werden in einem gesonderten Behälter gesammelt und durch die Assistenten entsorgt. Aufgaben zu E3 1. Stellen Sie für die Reaktionen die Massenwirkungsgesetz-Ausdrücke auf und diskutieren Sie die Farbänderungen bei Säure- bzw. Laugezugabe. 2. Im Schulunterricht werden Sie diesen Versuch so nicht durchführen dürfen. Führen Sie eine Ersatzstoffprüfung durch und erläutern Sie den Unterschied zum Chromat/Dichromat- Gleichgewicht.

4 E4 Gleichgewichtsbeeinflussung durch Konzentrationsänderung Geräte Reagenzgläser Bunsenbrenner Eisen(III)-nitratnonahydrat: Ammoniumthiocyanat: Natriumhydrogenphosphat H 272, 351, 319 H 332, 312, 302, 412 P , P 261, 273, , , Lösen Sie in einem Vorversuch zuerst in einem Reagenzglas eine kleine Spatelspitze Eisennitrat in ca. 15 ml destilliertem Wasser, in einem zweiten Reagenzglas eine kleine Spatelspitze Ammoniumthiocyanat in ca. 15 ml destilliertem Wasser. Notieren Sie die Farben der Lösungen und vereinigen sie anschließend die beiden Lösungen in einem Becherglas. Dann verdünnen Sie, bis eine orangefarbene Lösung entstanden ist. Geben sie nun in fünf Reagenzgläser je 1 ml der hergestellten Lösung und stellen Sie die Reagenzgläser in einem Reagenzglasständer nebeneinander. Das erste Reagenzglas dient bei den folgenden Versuchen als Referenz. Geben Sie in das zweite Reagenzglas eine Spatelspitze Eisennitrat und schütteln Sie es. Geben Sie in das dritte Reagenzglas eine Spatelspitze Ammoniumthiocyanat und schütteln Sie auch dieses. Geben Sie in das vierte Reagenzglas eine Spatelspitze Natriumhydrogenphosphat. Erwärmen Sie nun das fünfte Reagenzglas leicht mit dem Bunsenbrenner. Aufgaben zu E4 1. Um welche Gleichgewichtsreaktion handelt es sich bei diesem Versuch? (Reaktionsgleichung!) 2. Erläutern sie mit dem Prinzip von Le Chatelier, warum es zu den von ihnen gemachten Beobachtungen kommt.

5 E5 Gleichgewichtsbeeinflussung durch Druck Geräte Becherglas 50 ml-spritze mit Kanüle und Gummistopfen Gummistopfen Mineralwasser mit Kohlensäure Universalindikator Geben Sie in ca. 30 ml Mineralwasser einige Tropfen Universalindikatorlösung. Ziehen Sie von dieser Lösung ca. 15 ml in eine Spritze und verschließen Sie diese mit einem Gummistopfen. Ziehen Sie nun kräftig am Kolben. Vorsicht! Sollte sich keine Veränderung der Lösung zeigen, öffnen Sie die Kanüle und drücken das entstandene Gas vorsichtig heraus. Wiederholen Sie nun den Vorgang, indem Sie die Spritze erneut verschließen und anschließend ziehen, so oft, bis eine Veränderung der Lösung eintritt. Aufgaben zu E5 1. Welche Gleichgewichtsreaktionen spielen sich im Mineralwasser ab? 2. Warum führt ein Ziehen am Kolben zu einer Veränderung der Lösung? 3. Erklären Sie mit den in diesem Versuch gewonnenen Erkenntnissen, warum eine Flasche Mineralwasser beim Öffnen zischt und warum Mineralwasser im Glas sprudelt, in der verschlossenen Flasche dagegen nicht.

6 E6 Temperaturabhängigkeit des NO 2 /N 2 O 4 - Gleichgewichts Geräte 3 Reagenzgläser (Fiolax) Bunsenbrenner Durchbohrter Stopfen, Becherglas Gasableitungsrohr Kupferspäne Salpetersäure, konz.: Gefahr H 272, 314 P 220, 260, , , , Eis Formen Sie zunächst aus zwei der drei Reagenzgläser Ampullen, indem sie die Mitte der Reagenzgläser über dem Bunsenbrenner erhitzen und langziehen, so dass die schmale Spitze des Gasableitungsrohres gerade noch hindurch passt. Geben Sie nun unter dem Abzug einige Kupferspäne in das normale Reagenzglas und geben Sie wenige Milliliter konzentrierte Salpetersäure hinzu. Das Produkt ist sehr giftig T+, daher muss unbedingt unter dem Abzug gearbeitet werden! Fangen Sie das entstehende Gas sofort mittels Gasableitungsrohr in einer ihrer Ampullen auf. Schmelzen Sie nun die Ampulle zu, indem Sie erneut in der Mitte erhitzen und die beiden Hälften mit einer leichten Drehung auseinander ziehen. Wiederholen sie den gesamten Vorgang mit der zweiten Ampulle. Ziehen Sie nun die erste Ampulle mehrmals vorsichtig durch die leuchtende Bunsenbrennerflamme, die zweite legen Sie in ein Eiswasserbad. Vergleichen Sie. Aufgaben zu E6 1. Stellen sie die Reaktionsgleichung des untersuchten Gleichgewichts auf. 2. Welche Reaktion ist exotherm, welche endotherm? Wie lässt sich dies mit dem Satz von Le Chatelier ermitteln?

7 E7 Heterogenes Gleichgewicht - Brennen von Kalk Geräte Tiegel Ofen Halbmikrowaage Kalk = Calciumcarbonat Trockeneis = festes Kohlenstofdioxid Geben Sie ca. 1 g Kalk in einen Porzellantiegel und wiegen Sie Kalk und Tiegel zusammen auf zwei Nachkommastellen aus. Stellen Sie diesen zu Beginn des Arbeitstages in den auf 950 C vorgeheizten Ofen und belassen Sie den Tiegel wenigstens 3 Stunden dort. Nach dem Herausholen und Abkühlen wiegen Sie den Tiegel erneut. Geben Sie eine Spatelspitze des erhitzten Kalks in ein RG und füllen Sie vorsichtig 2 ml dest. Wasser auf. Prüfen Sie den ph-wert sowohl des erhitzten Kalks als auch des unbehandelten Kalks. Geben Sie abschließend in das Reagenzglas eine kleine Menge Trockeneis und lassen Sie das Reagenzglas bis zum nächsten Arbeitstag stehen. Aufgaben zu E7 1. Stellen Sie sowohl für die Zersetzung des Kalks als auch für die folgende Reaktion des entstehenden Produkts mit Wasser die Reaktionsgleichungen auf. 2. Bei welchem Vorgang, den Sie aus ihrem Alltag möglicherweise kennen, spielt das Brennen und Löschen von Kalk eine wichtige Rolle? Für die Vorbereitung des Versuchstages sind folgende Stichworte relevant: Reversibilität von Reaktionen, Chemisches Gleichgewicht, Gleichgewichtskonstante, Prinzip von Le Chatelier, technischer Kalkkreislauf

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