= 653,87mm Hg 100% = 31,17mm Hg

Transkript

1 1) Einleitung: Luft besteht aus Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Argon und Wasserstoff. Sauerstoff und Stickstoff bilden die Hauptbestandteile. In Versuch 1 sollen die Anteile von O 2, N 2 und CO 2 der Luft, sowie die Partialdrücke dieser Gase berechnet werden. Der Versuch ist in Teil A, B und C gegliedert. In Teil A soll der Partialdruck und das Volumen von O 2 und N 2 in der Luft bestimmt werden. Dazu errechnet man das Volumen der Gase mittels Entfernung des Sauerstoffs aus dem Reagenzglas durch Eisenspäne, welche den Sauerstoff fixieren. Durch die prozentualen Anteile des jeweiligen Gases lassen sich nun die Partialdrücke errechnen.in Teil B und C werden die Partialdrücke von CO 2 in der Atmosphäre und in verbrauchter (ausgeatmeter) Luft ermittelt. Dazu wird wieder das gesuchte Gas entfernt, in diesem Fall durch die Reaktion von CO 2 mit NaOH. Da ein Partialdruck eines Gases einen bestimmten Anteil des Gesamtdrucks darstellt, wird der Gesamtdruck bei der Entfernung des zu untersuchenden Gases nur um den jeweiligen Partialdruck gesenkt. Daher ist die Differenz der Drücke gleich dem Partialdruck des Gases, er lässt sich also berechnen. 2) Fragen vor dem Versuch: 1) Wie hoch wäre der Partialdruck von Sauerstoff und Stickstoff, wenn Sie im Gebirge leben würden, wo der atmosphärische Druck 685 mm Hg beträgt? Benutzen Sie Ihre %-Werte von A.5. geg.: P atm = 685 mmhg; x(o 2 ) in Luft = 4,55%; x(n 2 ) in Luft = 95,455% ges.: P(O 2 ); P(N 2 ) P Lösung: P(N 2 ) = atm x N 2 in Luft = 653,87mm Hg 100% P(O 2 ) = P atm x O 2 in Luft 100% = 31,17mm Hg 2) Ist Ihrer Ansicht nach der Anteil von CO2 in der Atmosphäre oder in ausgeatmeter Luft höher? Der Anteil von CO2 in ausgeatmeter Luft ist wesentlich höher als in der Atmosphäre, da O2 aus der Luft vom Hämoglobin im Blut fixiert und CO 2 ausgeatmet wird. 3) Wie hoch ist der Gesamtdruck in mm Hg in einer Gasprobe, welche folgende Gase enthält: O2 (45 mm Hg), N2 (1,20 atm) und He (825 mm Hg)? geg.: O 2 = 45 mm Hg; N 2 = 1,20 atm; He = 825 mm Hg ges.: Gesamtdruck in mm Hg Lösung: N 2 = 1,20 atm 1atm= 760 mm Hg => N 2 = 912 mm Hg 1

2 P= P(O 2 ) + P(N 2 ) + P(He) = 45 mmhg mm Hg mm Hg = 1782 mm Hg 4) Ein Gasgemisch hat einen Gesamtdruck von 1650 mm Hg. Die Gase im Gemisch sind Helium (2,15 mm Hg), Stickstoff (0,28 atm) und Sauerstoff. Wie hoch ist der Partialdruck des Sauerstoffs in atm? geg.:p = 1650 mm Hg; P(He) = 2,15 mm Hg; P(N 2 ) = 0,28 atm = 212,8 mm Hg ges.:p(o 2 ) Lösung: P(O 2 ) = 1650 mm Hg 2,15 mm Hg 218,8 mm Hg = 1435,05 mm Hg 3) Versuchsdurchführung: Materialien zu Versuch A: 250 ml Becherglas großes Reagenzglas Eisenspäne Messzylinder Klammer oder Halter für Reagenzgläser Materialien zu Versuch B: Erlenmeyerkolben Probenglas 6 m NaOH Mineralöl 400 ml Becherglas Azurblau Pulver zur Färbung Lineal Glasrohr (60-75 cm) Zweilochstopfen mit 2 kurzen Glasröhren Gummischläuche (1 kurzer und 1 langer) Trichter Stativklammer Materialien zu Versuch C: Erlenmeyerkolben Probenglas 6 m NaOH Mineralöl 400 ml Becherglas Azurblau Pulver als Färbemittel Lineal Glasrohr (60-75 cm) Zweilochstopfen mit 2 kurzen Glasröhren Gummischläuche (1 kurzer und 1 langer) 2

3 Trichter Stativklammer Strohhalm Gefahrenhinweise: Natriumhydroxid: H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden H 290: Kann gegen Metalle korrosiv sein P 102: Nicht in Kinderhände geben P280: Schutzhandschuhe und Augenschutz tragen P : Bei verschlucken Mund ausspülen; KEIN Erbrechen P : Bei Kontakt mit den Augen: Einige Minuten lang mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. P 406: In korrosionsfestem Behälter (Behälter mit korrosionsfester Auskleidung) aufbewahren P 501: Inhalt/Behälter einer Sammelstelle zuführen Mineralöl (CAS ): R21 Gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut. R34 Verursacht Verätzungen. R50/53 Sehr giftig für Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig schädliche Wirkung haben. R65 Gesundheitsschädlich: Kann beim Verschlucken Lungenschäden verursachen. R66 Wiederholter Hautkontakt kann zu spärder oder rissiger Haut führen. S-Sätze: S-15 Vor Hitze schützen S-24 Berührung mit der Haut vermeiden S-37 geeignete Schutzhandschuhe tragen Fließschemen: A1 Reagenzglas mit Wasser füllen Volumen des Wassers durch Umfüllen in einen Messzylinder bestimmen Eisenspäne in das leere, feuchte Reagenzglas geben und durch Schütteln verteilen. Späne die nicht an der Wand kleben bleiben rausschütteln. 400ml Becherglas zu Hälfte mit Wasser füllen Reagenzglas mit Öffnung nach unten in das Becherglas halten und mit Klammer am Rand fixieren; Öffnung muss unter der Wasseroberfläche sein 3

4 Versuch 3 Tage stehen lassen Markieren des Wasserstandes Reagenzglas bis zur Markierung mit Wasser füllen Messen des Volumens Restliches Volumen des Glases entspricht Volumen des Sauerstoffs Berechnen der prozentualen Anteile und der Partialdrücke von Stickstoff und Sauerstoff B1 Leeres Probeglas in Erlenmeyerkolben stellen. Glas muss aufrecht stehen. Eine kleine Menge 6M NaOH in einen kleinen Becher füllen und anschließend vorsichtig durch den Trichter in das kleine Glas gießen (ca. ¾ ) Mineralöl in das Glas geben, sodass ein dünner Film auf der Oberfläche des NaOH entsteht, wodurch dieses isoliert ist und eine Reaktion mit dem CO2 aus der Luft verhindert wird. Versuchsaufbau nach Skript Seite 11 vorbereiten Langen Schlauch mit Glasrohr verbinden und mit dem Ende in ein Becherglas mit Wasser halten, welches mit einer Spatelspitze Astralblau-Pulver versetzt ist. Markieren des Wasserstands in dem Glasrohr Kurzen Schlauch abklemmen. Probenglas im Inneren des Kolbens umkippen Kolben schwenken. Nur am Hals anfassen, da eine Erwärmung zur Verfälschung der Ergebnisse führen könnte. Läuft die Reaktion von CO 2 und NaOH ab, fällt der Luftdruck im Kolben und der Wasserstand steigt im Glasrohr. Steigt das Wasser nicht mehr, Stand markieren. Differenz zwischen den zwei Punkten messen. Die Differenz ist gleich dem Partialdruck von CO2 in der Atmosphäre B2 Berechnen des Partialdrucks von CO 2 in mm Hg, durch Division von P(CO 2 ) mit 13,6 4

5 B4 Berechnung des Anteils von CO2 in der Atmosphäre, durch Division des Partialdrucks durch den atmosphärischen Druck. C1 Gleicher Versuchsaufbau wie in B. Strohhalm in den kurzen Gummischlauch stecken und durch Ausatmen den Kolben mit CO 2 anreichern. Beim einatmen Strohhalm geschlossen halten. Weiterer Verlauf wie in B C2 Partialdruck von CO2 im Kolben am Wasserstand ablesen und in mmhg umrechnen. P stellt in diesem Fall den Partialdruck der ausgeatmeten Luft dar. C3 Berechnen des prozentualen Anteils von CO2 in ausgeatmeter Luft wie in B3 4) Rechnungen/Ergebnisse: Der Atmosphärendruck beträgt 1 atm (= 760 mm Hg). A. Volumenanteil und Partialdruck von Sauerstoff und Stickstoff in der Luft: Inhalt Reagenzglas = 35 ml gemessene Linie = 3 mm => 3 ml O 2 Volumen von Stickstoff = 35 3 = 32 ml N 2 Prozentual Anteile von Sauerstoff und Stickstoff: x(o 2 ) : Volumen O 2 3mL Volumen Luft 35mL 100 % = 8,57 % x(n 2 ) : Volumen Stickstoff 32 ml Volumen Luft 35mL 100 % = 91,43% Partialdruck O 2 : atmosphärischer Druck Hg Partialdruck N 2 : atmosphärischer Druck mm Hg x O % = 760 mm Hg 8,57% 100 % = 65,132 mm x N 2 100% = 760 mm Hg 91,43% 100 % = 694,865 B. Kohlendioxid in der Atmosphäre: 5

6 gemessener Wasserstand : 3mm H 2 O Partialdruck CO 2 : P CO2 : Höhe in mm H 2 O Anteil von Co 2 in der Atmosphäre: P CO 2 mm Hg P atmosphärisch mm Hg Atmosphäre 1mm Hg 13,6 mm H 2 O = 3 mm H 2O 100 % = 0,22mm Hg 760mm Hg 1mm Hg 13,6 mm H 2 O = 0,22 mm Hg 100 % = 0,028 % CO 2 in der C. Kohlendioxid in verbrauchter Luft: Höhe Wassersäule in mm: 245 P(CO 2 ): 245 mm Volumen-Anteil: 1mm Hg 13,6 mm H 2 O 18,01 mm Hg 760 mm Hg = 18,01 mm Hg 100 % = 2,36% CO 2 5) Auswertung: A. Bei diesem Versuch wurde der Sauerstoff aus der Luft, die sich im Reagenzglas befand, mithilfe von Eisen durch folgende Reaktion aus dem Gasgemisch entfernt: 4 Fe + 3 O 2 2 Fe 2 O 3 Eisen(III)-oxid ist eine stabile Verbindung und ein Feststoff. Durch die Entfernung des Sauerstoffs aus dem Luftgemisch und die damit verbundene Volumenverringerung im Reagenzglas wurde Wasser aus dem Becherglas ins Glas hochgezogen. B., C. Bei beiden Versuchen zum Anteil von Kohlenstoffdioxid in der Luft wurde folgende Reaktion von CO 2 mit NaOH zu Hilfe genommen: CO 2 + NaOH NaHCO 3 Bei dem entstandenen Natriumhydrogencarbonat handelt es sich eigentlich um einen weißen Feststoff, der allerdings wasserlöslich ist, weshalb keine weiße Ausfällung zu beobachten war. Durch den Entzug von CO 2 aus dem Luftgemisch im Erlenmeyerkolben stieg wiederum der Wasserstand in der angeschlossenen Gasröhre. Mit den Messwerten konnte man den Anteil an CO 2 berechnen, der sich zu Anfang des jeweiligen Versuchs im Erlenmeyerkolben befand. 6

7 6) Diskussion: Literaturwerten zufolge befindet sich in trockener Luft der Atmosphäre 21% Sauerstoff, 78% Stickstoff und ca. 0,038% CO 2. Die mithilfe der Versuchsapparatur ermittelten Werte für O 2 und N 2 unterscheiden sich recht stark davon, nur der Wert für CO 2 von 0,028% bewegt sich in einem ähnlichen Bereich. In ausgeatmeter Luft ist der CO 2 -Anteil um einiges höher als in der Atmosphärenluft, hier geben Quellen einen Wert von etwa 4 % an. In diesem Experiment waren keine Literaturwerte zu erwarten, da der verwendete Versuchsaufbau keine sehr genauen Daten liefern kann. So verschließt zum Beispiel der Stopfen auf dem Erlenmeyerkolben das System nicht hundertprozentig luftdicht, außerdem war die Messung des jeweiligen Wasserstandes im Reagenzglas bzw. Glasrohr mithilfe eines normalen Lineals und per Augenmaß nur bedingt genau. 7) Quelle: (Literaturdaten der Gasanteile der Luft) (CO 2 -Anteil in ausgeatmeter Luft) 7