2.1 Das Arbeiten mit dem Gasbrenner Funktionsbeschreibung 17

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1 1 Praktikumsorganisation und Sicherheitsbelehrung 1.1 Allgemeiner Arbeitsablauf Protokollführung Arbeitsplatzausrüstung Sicherheitsbelehrung Laborordnung Gefahrensymbole Gefahrenhinweise (R-Sätze) Kombination der R-Sätze Sicherheitsratschläge (S-Sätze) Kombination der S-Sätze Liste der Reagenzien 13 2 Erste Arbeitstechniken (1. Halbtag) 2.1 Das Arbeiten mit dem Gasbrenner Funktionsbeschreibung Inbetriebnahme des Gasbrenners und qualitative Untersuchung der Temperaturverteilung in einer Gasflamme Erhitzen mit dem Gasbrenner Wasserkochen im Reagenzglas Glasbearbeitung Glasbearbeitung Bohren von Stopfen Bohren eines Stopfens Filtrieren 24 3 Allgemeine Kennzeichen chemischer Reaktionen 3.1 Der stoffliche und energetische Aspekt (2. Halbtag) Verbrennung von Magnesium Lösen von Kalk mit Salzsäure Eine endotherme Reaktion: die Silberfotografie 29 Exkurs: Fotografie Lösen von Natriumhydroxid Wärmetönung beim Verdünnen konzentrierter Schwefelsäure 32

2 II 6. Hygroskopische Wirkung von konzentrierter Schwefelsäure Lösen von Ammoniumnitrat (Prinzip einer Kältepackung) Bildung einer unterkühlten Natriumacetat-Schmelze (Prinzip einer Wärmepackung) Die Neutralisation Eine reversible Reaktion: Die Hydratation von Kupfersulfat Reaktion von Eisen mit Kupfersulfat (Zementation von Kupfer) Gesetz von der Erhaltung der Masse bei der Bildung eines Niederschlags Geschwindigkeiten chemischer Reaktionen (3. Halbtag) Knallgasreaktion (ein Beispiel für eine schnelle Reaktion) Reaktion von Natriumthiosulfat mit Salzsäure (Beispiel einer langsamen Reaktion) Auflösen von Magnesium in Säure bei unterschiedlichen Temperaturen Auflösen von Magnesium in Säuren unterschiedlicher Konzentration Katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid Enzymatische Katalyse bei der Zersetzung von Wasserstoffperoxid Reaktionsweg der Katalyse Reaktionsgeschwindigkeit und Autokatalyse bei der Reaktion von Oxalsäure mit Kaliumpermanganat Mehlstaubexplosion (Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Oberflächengröße der Reaktanden) Das chemische Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz Einleitung Gruppenpuzzle Chemisches Gleichgewicht 53 Gruppe 1: Simulation des chemischen Gleichgewichts und das MWG 55 Gruppe 2: Die Konzentration beeinflusst das chemische Gleichgewicht 60 Gruppe 3: Unter Druck bewegt sich einiges 65 Gruppe 4: Die Temperatur beeinflusst das chemische Gleichgewicht Die gravimetrische Methode (4. Halbtag) Bestimmung von Eisen Bestimmung von Magnesium Bestimmung von Barium 81

3 III 4 Säure-Base-Reaktionen 4.1 Einführung (5.-7. Halbtag) 83 Exkurs: Saurer Regen ph-wert-bestimmungen Vergleich der Säurestärke von zwei gleichkonzentrierten Säuren Abhängigkeit des Protolysegrades von der Verdünnung ph-werte von wässrigen Salzlösungen Amphoteres Verhalten von Aluminiumhydroxid Puffer und ihre Wirkung 88 Weiterführende Aufgabe: Puffervermögen von Böden Herstellen einer Pufferlösung mit bestimmtem ph-wert 92 Exkurs: Puffer Rotkohlsaft als Indikator Säure-Base-Titrationen Säure-Base-Titration mit Indikator 99 Weiterführende Aufgabe: Maßanalytische Bestimmung von Speiseessig Säure-Base-Titration am Computer Quantitative Analysen von Alltagssubstanzen (8.-9. Halbtag) Bestimmung der Härte von Trink- und Brauchwässern Bestimmung von Calcium und Carbonat in Eierschalen Säurebindekapazität von Antacida Komplexchemie 5.1 Einleitung Bedeutung von Komplexverbindungen Was über Komplexverbindungen vermittelt werden soll Grundlagen ( Halbtag) Amminkomplexe, Hydroxokomplexe und Hydroxide und ihre ph-abhängigkeit Chloro- und Iodokomplexe, schwerlösliche Halogenide und ihre Konzentrationsabhängigkeit Die Komplexstabilität von Fe(III)-Komplexen Stabilität von Silber-Komplexen Herstellung von Komplexsalzen 120

4 IV 6. Bestimmung der Kristallfeldaufspaltung bei den Hexaaquakomplexen [Ti(H 2 O) 6 ] 3+ und [Cu(H 2 O) 6 ] Photometrische Analyse Komplexometrische Analysen ( Halbtag) Durchführen einer Lehranalyse Bestimmung von Magnesium Bestimmung von Calcium Bestimmung von Aluminium Bestimmung von Zink Projekt Wasserhärte 127 Bestimmung der Gesamthärte von Wasser Bestimmung der Summe an Ca 2+ - und Mg 2+ -Ionen Bestimmung des Calcium-Gehaltes 129 Komplexbildner in Waschmitteln 130 Exkurs: Waschmittel Wasserhärte und Komplexierung Bestimmung der Austauschkapazität von Zeolith A Titrimetrische Bestimmung des SASIL-Anteils in Waschmitteln Projekt Mineralstoffe in Arznei- und Lebensmitteln Bestimmung von Calcium und Magnesium in Mineralstofftabletten Eisenbestimmung in Nutella 137 Exkurs: Eisen als essentielles Spurenelement Essigsaure Tonerde Herstellung und Qualitätskontrolle Redoxreaktionen 6.1 Grundlagen (16. Halbtag) Vielseitige Redoxchemie Redoxchemie der Halogene 147 Exkurs: Petrischalenexperimente in der Overhead-Projektion Durchführung quantitativer Analysen ( Halbtag) Permanganometrische Titrationen 153 Lehranalyse: Analyse einer Calcium-Lösung 154 Anwendungsorientierte Analysen: Bestimmung von Wasserstoffperoxid Bestimmung des Aktivsauerstoffs im Bleichmittel Natriumperborat 157

5 V Iodometrische Titrationen 158 Lehranalysen: Iodometrische Analyse einer Glucose-Lösung Iodometrische Analyse einer Kupfer-Lösung 160 Anwendungsorientierte Analysen: Quantitative Bestimmung von Vitamin C 161 Weiterführende Aufgabe: Vitamin-C-Analytik Iodometrische Bestimmung des Gehalts an schwefliger Säure in Wein Elektrochemie 7.1 Einführung Vorstellung der Arbeitsmethode Stationenarbeit Arbeitsmaterialien Halbtag Station 1: Grundlagen der elektrischen Leitfähigkeit Einführung Theorie Versuche Abhängigkeit der Leitfähigkeit von verschiedenen Größen Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Konzentration Leitfähigkeit verschiedener Elektrolyte bei gleicher Konzentration 174 Station 2: Konduktometrische Titrationen Einführung Theorie Versuche Leitfähigkeitstitration von Hydrogencarbonat in Mineralwasser Bestimmung der Säurekonzentration in einem Cola-Erfrischungsgetränk Zusatzaufgabe: Konduktometrische Titration eines Säuregemisches 179 Station 3: Elektrolyse und elektrischer Strom durch deren Umkehrung Einführung Versuche Reaktion von Brom und Zink in Wasser Elektrolyse einer Zinkbromidlösung an Kohleelektroden Umkehrung der ZnBr 2 -Elektrolyse Die Zink/Brom-Batterie 184

6 VI 20. Halbtag Station 1: Elektrolyse und Faraday-Gesetze 185 Station 2: Elektrogravimetrische Analyse von Kupfer oder Blei 188 Station 3: Die Fällungs-/Redoxreihe der Metalle Einführung Versuch 190 Fällungsreihe der Metalle Theorie 191 Station 4: Das Daniell-Element Einführung Versuche Spannungsmessung zwischen einer Kupfer- und einer Zink-Halbzelle das Daniell-Element Die Reaktionen im galvanischen Element Zn/Zn 2+ //Cu 2+ /Cu Halbtag Station 1: Die Spannungsreihe der Metalle die Erweiterung der Fällungsreihe Einführung Versuch 197 Die Spannungsreihe der Metalle 197 Station 2: Das Messen von Normalpotentialen und die Erweiterung der Spannungsreihe durch Nichtmetalle Einführung Versuche Messen von Normalpotentialen mit der Normal-Wasserstoffelektrode Potentialdifferenzen zwischen Kupferhalbzellen mit verschiedenen Kupferkomplexen Die Stellung der Halogene in der Spannungsreihe 204 Station 3: Die Silber-/Silberchlorid-Elektrode und die Elektrodenpotentiale weiterer Redoxpaare Einführung Versuche Herstellung einer Silber-/Silberchlorid-Elektrode mit konstantem Potential Normalpotential bei der Ionenumladung Fe 3+ /Fe Ionenumladung MnO H + / Mn H 2 O 207 Station 4: Lernkontrolle Aufgaben Lösungen 210

7 VII 22. Halbtag Station 1: Die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotentials Einführung der Nernst-Gleichung Einführung Versuche Potentialdifferenz zwischen Ag-Elektroden, die in verschieden konzentrierte Silbernitrat-Lösungen eintauchen Potentialdifferenzen zwischen Cu-Elektroden in verschieden konzentrierten Kupfernitrat-Lösungen 214 Station 2: Funktionsweise der Glaselektrode Einführung Theorie 219 Station 3: Potentiometrische Titration Einführung Versuch 221 Bestimmung der Ag + -Ionenkonzentration einer Lösung 221 Station 4: Die ph-abhängigkeit von Redoxpotentialen 223 Station 5: Lernkontrolle Aufgaben Lösungen Halbtag Station 1: Elektrochemische Stromquellen - Batterien Einführung Das Leclanché-Element die Trockenbatterie 227 Versuch: Modell einer Trockenbatterie 227 Lernkontrolle Alkali/Mangan-Batterie Die Zink/Luft-Batterie 231 Modellversuch Lithium-Batterien 232 Station 2: Elektrochemische Stromquellen - Akkumulatoren Einführung Modellversuch: Der Bleiakkumulator Nickel-Cadmium- und Nickel-Eisen-Akkumulatoren 234 Station 3: Elektrochemische Stromquellen - Brennstoffzellen 236 Modellversuch: Die alkalische Brennstoffzelle 236

8 VIII Station 4: Zersetzungsspannungen bei Elektrolysen und die Chlor-Alkali-Elektrolyse Die Problematik der Überspannung 239 Versuch 1: Elektrolyse einer Zinkchlorid-Lösung 239 Versuch 2: Zersetzungsspannung von Salzsäure an einer Platinund einer Kohleelektrode 240 Versuch 3: Zersetzungsspannung von Salzsäure an zwei Kohleelektroden Die Chlor-Alkali-Elektrolyse 243 Versuch 1: Elektrolyse einer Kochsalzlösung 243 Versuch 2: Elektrolyse einer NaCl-Lösung nach demdiaphragmaverfahren 244 Das Diaphragma-Verfahren 246 Membran-Verfahren 246 Amalgam-Verfahren Halbtag Station 1: Aluminium-Herstellung Allgemeines Vom Bauxit zum Aluminium Das Eloxal-Verfahren 251 Modellversuch: Eloxieren von Aluminium 251 Station 2: Kupfer-Gewinnung Vom Kupfererz zum Rohkupfer Raffination von Kupfer 253 Station 3: Korrosion und Korrosionsschutz Einleitung Versuche Kontaktkorrosion von Eisen Sauerstoffkorrosion von Eisen Schutz von Eisen durch Kontakt mit Zink, Verzinken von Eisen Die Magnesium-Opferanode Lernkontrolle 261 Exkurs: Petrischalenexperimente in der Overhead-Projektion 263 Abbildungsverzeichnis 265 Literaturverzeichnis 267