Ch A 13/03 Me_Online-Ergänzung

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1 Ch A 13/03 Me_Online-Ergänzung

2 Versuch: Kohlenstoffdioxid und (Schülerexperiment) MATTHIAS KREMER Online-Ergänzung MNU 66/4 ( ) Seiten 1 7, ISSN , Verlag Klaus Seeberger, Neuss 1

3 VERSUCH: KOHLENSTOFFDIOXID UND NATRONKALK // MATTHIAS KREMER MATTHIAS KREMER Versuch: Kohlenstoffdioxid und (Schülerexperiment) Information ist ein Gemisch verschiedener Stoffe mit dem Hauptbestandteil Calciumhydroxid. Dieser Versuch soll zeigen, was beim Zusammentreffen dieses Stoffes mit Kohlendioxid geschieht. Aufgabe: Führe den Versuch nach Anleitung durch und löse dann die Aufgaben. Material: 2 Spritzen (50 ml), Adapter zur Verbindung, Spatel, Kohlenstoffdioxid, (Sicherheitshinweis H 314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und der Augen. Kontakt und Einatmen vermeiden, notfalls gründlich mit Wasser abspülen und zum Arzt gehen.) Hinweise zur Durchführung: 1. Entferne aus einer Spritze den Stempel, fülle bis zur 5-ml-Markierung ein und schiebe den Stempel wieder so weit wie möglich hinein. 2. Fülle in die andere Spritze Kohlenstoffdioxid und schraube den Adapter auf. 3. Verbinde die beiden Spritzen über den Adapter und halte die Spritzen senkrecht, die spritze nach oben. 4. Bringe durch Ziehen oder Drücken langsam das Gas von unten in die obere Spritze und beobachte eine Weile. 5. Versuche auch, den Stempel der unteren Spritze wieder auf 50 ml zu ziehen und dann den Stempel nach oben zu schieben. 6. Notiere die Beobachtungen und ziehe Folgerungen. Kohlenstoffdioxid Hinweise zur Entsorgung: Gib die festen Reste in das Gefäß» gebraucht«und reinige am Ende die benutzten Geräte durch Abspülen mit demineralisiertem Wasser. Versuchsaufbau Aufgaben: 1. Gib an, welche Beobachtungen dafür sprechen, dass bei dem Experiment eine chemische Reaktion abgelaufen ist. 2. a) Begründe, ob bei diesem Experiment die Gesamtmasse abnimmt, gleich bleibt oder zunimmt. b) Schlage vor, wie man dies mithilfe einer Waage überprüfen könnte. 3. Stelle eine Hypothese (begründete Vermutung) auf, was beim Einleiten von Kohlenstoffdioxid in eine Lösung von Calciumhydroxid passieren könnte und überprüfe sie mit einem kleinen Experiment. Verwende dazu ein Gläschen und eine Spritze mit Kunststoffkanüle. Protokolliere dieses Überprüfungsexperiment. 4. Calciumhydroxidlösung wird gelegentlich auch»kalkwasser«genannt. Recherchiere den Grund für diese Bezeichnung. (Die Beschreibung dieses Versuches als Lehrerexperiment finden Sie bei den Lösungshinweisen) gc 2

4 VERSUCH: KOHLENSTOFFDIOXID UND NATRONKALK // M ATTHIAS K REMER MATTHIAS KREMER Erste Version (falls Schülerexperimente möglich sind) Versuch: Kohlenstoffdioxid und (Schülerexperiment) Information ist ein Gemisch verschiedener Stoffe mit dem Hauptbestandteil Calciumhydroxid. Dieser Versuch soll zeigen, was beim Zusammentreffen dieses Stoffes mit Kohlendioxid geschieht. Aufgabe: Führe den Versuch nach Anleitung durch und löse dann die Aufgaben. Material: 2 Spritzen (50 ml), Adapter zur Verbindung, Spatel, Kohlenstoffdioxid, (Sicherheitshinweis H 314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und der Augen. Kontakt und Einatmen vermeiden, notfalls gründlich mit Wasser abspülen und zum Arzt gehen.) Hinweise zur Durchführung: 1. Entferne aus einer Spritze den Stempel, fülle bis zur 5-mlMarkierung ein und schiebe den Stempel wieder so weit wie möglich hinein. 2. Fülle in die andere Spritze Kohlenstoffdioxid und schraube den Adapter auf. 3. Verbinde die beiden Spritzen über den Adapter und halte die Spritzen senkrecht, Kohlenstoffdioxid die spritze nach oben. 4. Bringe durch Ziehen oder Drücken langsam das Gas von unten in die obere Spritze und beobachte eine Weile. 5. Versuche auch, den Stempel der unteren Spritze wieder auf 50 ml zu ziehen und dann den Stempel nach oben zu schieben. 6. Notiere die Beobachtungen und ziehe Folgerungen. Versuchsaufbau Hinweise zur Entsorgung: Gib die festen Reste in das Gefäß gebraucht und reinige am Ende die benutzten Geräte durch Abspülen mit demineralisiertem Wasser. Aufgaben: 1. Gib an, welche Beobachtungen dafür sprechen, dass bei dem Experiment eine chemische Reaktion abgelaufen ist. 2. a) Begründe, ob bei diesem Experiment die Gesamtmasse abnimmt, gleich bleibt oder zunimmt. b) Schlage vor, wie man dies mithilfe einer Waage überprüfen könnte. 3. Stelle eine Hypothese (begründete Vermutung) auf, was beim Einleiten von Kohlenstoffdioxid in eine Lösung von Calciumhydroxid passieren könnte und überprüfe sie mit einem kleinen Experiment. Verwende dazu ein Gläschen und eine Spritze mit Kunststoffkanüle. Protokolliere dieses Überprüfungsexperiment. 3

5 VERSUCH: KOHLENSTOFFDIOXID UND NATRONKALK // MATTHIAS KREMER 4. Calciumhydroxidlösung wird gelegentlich auch Kalkwasser genannt. Recherchiere den Grund für diese Bezeichnung. 4

6 VERSUCH: KOHLENSTOFFDIOXID UND NATRONKALK // M ATTHIAS K REMER Versuch: Kohlenstoffdioxid und (Lehrerversuch) Info: ist ein Gemisch verschiedener Stoffe mit dem Hauptbestandteil Calciumhydroxid. Das Zusammentreffen dieses Stoffes mit Kohlenstoffdioxid wird experimentell untersucht. Aufgabe: Lies das folgende Versuchsprotokoll und löse dann die Aufgaben. Protokoll Durchführung: Das Gas wird langsam von unten in die obere Spritze geschoben. Der Stempel der unteren Spritze wird danach mehrfach nach unten gezogen. Kohlenstoffdioxid Beobachtung: Der obere Stempel bewegt sich kaum nach oben. An manchen -Plätzchen bilden sich winzige weiße Krusten. Die obere Spritze erwärmt sich minimal. Der Stempel der unteren Spritze lässt sich kaum nach unten ziehen Versuchsaufbau und schnellt nach dem Loslassen sofort wieder nach oben. Aufgaben: 1. Gib an, welche Beobachtungen dafür sprechen, dass bei dem Experiment eine chemische Reaktion abgelaufen ist. 2. a) Begründe, ob bei diesem Experiment die Gesamtmasse der Apparatur abnimmt, gleich bleibt oder zunimmt. b) Schlage vor, wie deine Aussage mithilfe einer Waage überprüft werden könnte. 3. Stelle eine Hypothese (begründete Vermutung) auf, was beim Einleiten von Kohlenstoffdioxid in eine Lösung von Calciumhydroxid passieren könnte und plane ein kleines Experiment zur Überprüfung. Fertige eine Zeichnung des Versuchsaufbaus und eine Durchführungsvorschrift an. Notiere, welche Beobachtung zu erwarten ist, falls die Hypothese zutrifft. 4. Calciumhydroxidlösung wird gelegentlich auch Kalkwasser genannt. Recherchiere den Grund für diese Bezeichnung. Durchführungs- und Lösungshinweise für den Lehrer Vorbereitung Für den Versuch benötigt man in Plätzchenform (mit oder ohne Indikator), 2 Spritzen (50 bis 60 ml), einen Adapter, mit dem die beiden Spritzen verbunden werden können, Adapter und eine Kohlenstoffdioxidquelle (Gasflasche oder auch ein Soda-Club-Gerät). Für Schülerversuche wird das Gas am besten in Infusionsbeuteln ausgegeben. Abfallgefäß mit Aufschrift, gebraucht bereitstellen. 5

7 VERSUCH: KOHLENSTOFFDIOXID UND NATRONKALK // M ATTHIAS K REMER Ggf. Arbeitsblatt für die Schülerinnen und Schüler anpassen, z. B. Formeln der Stoffe ergänzen, falls die Schülerinnen und Schüler damit arbeiten sollen. Die Aufgaben mit Sternchen sind anspruchsvoll und sollen Gelegenheit zur Differenzierung bieten. Ggf. Materialien für den Überprüfungsversuch bereitstellen: Kleine verschließbare Gläschen (z.b. Schnappdeckelgläschen) mit etwas Calciumhydroxidlösung, Kunststoffkanülen für die Spritzen (abgeschnittene Kunststoffpipetten zum gefahrlosen Gaseinleiten in Flüssigkeiten)1. Spritze mit Kunststoffkanüle Informationen Die Aufgabe ist so gestaltet, dass sie für Schülerinnen und Schüler im Anfangsunterricht einsetzbar ist, die das Phänomen der chemischen Reaktion schon kennen, die Stoffe und ihre Formeln aber noch nicht unbedingt. Das Gesetz von der Erhaltung der Masse und seine Deutung auf der Teilchenebene müssen bekannt sein, damit die Aufgabe 2 gelöst werden kann. Die Anpassung der Aufgabe für weiter fortgeschrittene Schülerinnen und Schüler ist leicht möglich z. B. durch Einbeziehung der Formelsprache und Erstellung der Reaktionsgleichungen. Der Nachweis der Massenerhaltung mithilfe der Waage ist nicht ganz trivial, da die Spritzen vor und nach dem Versuch unterschiedliches Volumen haben. Dadurch hat die Luftsäule über der Waagschale unterschiedliches Volumen und damit unterschiedliche Masse. Will man den Versuch korrekt durchführen, muss man die Spritzen bei beiden Messungen in derselben Stellung fixieren. kann vereinfacht als Gemisch von Natriumhydroxid und Calciumhydroxid bezeichnet werden. Der Aufgabenvorschlag schafft die Brücke zum Kohlenstoffdioxid-Nachweis, bei dem ebenfalls mit Calciumhydroxid-Lösung ein weißer Feststoff entsteht. Der hier vorgeschlagene Versuch zeigt das Verschwinden des Gases und damit die Entstehung des Feststoffs. Denselben Vorgang benützt man bei der experimentellen Untersuchung einer brennenden Kerze auf der Waage mit (teilweisem) Auffangen der entstehenden Gase, bei dem das Gesetz von der Erhaltung der Masse problematisiert wird2. Ob der neu entstandene Feststoff in Wasser löslich ist oder nicht, können die Schülerinnen und Schüler in der Regel nicht wissen. Für die in der Aufgabe verlangte Hypothese gibt es also zwei Möglichkeiten: In Lösung ist keine Veränderung festzustellen, allenfalls eine Temperaturänderung, oder es bildet sich eine weiße Suspension, da der entstandene Feststoff schlecht in Wasser löslich ist. Erst das Experiment zeigt, dass zunächst die zweite Hypothese zutrifft. 1 Mündliche Mitteilung von B. HORLACHER. Einen dazu geeigneten Versuchsaufbau finden Sie im Lehrmittelhandel, z. B. unter 2 6

8 VERSUCH: KOHLENSTOFFDIOXID UND NATRONKALK // MATTHIAS KREMER Aber auch die erste Hypothese stellt sich als richtig heraus, da sich bei weiterem Einleiten von Kohlenstoffdioxid der Niederschlag wegen der Bildung des löslichen Calciumhydrogencarbonats auflöst. Der kann nach Gebrauch noch mehrmals weiterverwendet werden. Er soll daher nicht verworfen, sondern in einem eigenen Gefäß gesammelt und wiederverwendet werden. Die in der Spritze neu gebildeten Stoffe Kalk und Wasser entstehen in so geringen Mengen, dass sie nur bei sorgfältigem Untersuchen der Plätzchen gelegentlich beobachtet werden können. Gefährdungsbeurteilung: ist zwar ein Gefahrstoff, in Plättchenform ist die Gefahr des Einatmens von Staub jedoch sehr gering. Genauere Informationen sind dem Sicherheitsdatenblatt zu entnehmen. Lösungshinweise für die Aufgaben Erste Version 1. Das Gas und der Feststoff wurden nicht nur gemischt, da das Gas weitgehend verschwunden ist. Es muss also mindestens ein neuer Stoff entstanden sein, der sehr viel weniger Volumen einnimmt als das Gas. Als zweites Merkmal müsste sich bei einer chemischen Reaktion die Temperatur geändert haben. Dies ist aber ohne genaues Messinstrument nicht feststellbar. 2. Die Gültigkeit des Gesetzes von der Erhaltung der Masse wird gelegentlich von Schülerinnen und Schülern angezweifelt, wenn sich das Volumen bei einer Reaktion ändert. Die Begründung für die Gültigkeit des Gesetzes liegt darin, dass auch bei chemischen Reaktionen keine Atome verschwinden oder neu gebildet werden können. Der experimentelle Nachweis muss durch Fixierung des herausgezogenen Stempels den Auftrieb der Spritzen berücksichtigen (siehe obigen Hinweis). 3. Der Feststoff bildet sich auch beim Einleiten in Calciumhydroxidlösung. Wenn er nicht in Wasser löslich ist, entsteht eine Suspension. Wenn er löslich ist, kann man keine Änderung erkennen. Die Überprüfung kann durch das Einleiten von Kohlenstoffdioxid in Calciumhydroxidlösung erfolgen. 4. Der Name Kalkwasser kann daher kommen, dass Calciumhydroxid auch als gelöschter Kalk bezeichnet wird. Kalkwasser wäre dann eine Kurzform für wässrige Lösung von gelöschtem Kalk. Möglicherweise rührt der Name auch von dem beim Einleiten von Kohlenstoffdioxid entstehenden Feststoff, dem Calciumcarbonat, das auch als Kalk bezeichnet wird. Dann wäre Kalkwasser die Kurzform für wässrige Lösung, die beim Einleiten von Kohlenstoffdioxid Kalk bildet. Eine dritte Variante ist ebenso denkbar: Calciumhydroxid wird aus Kalk (Calciumcarbonat) durch Erhitzen ( Kalkbrennen ) und eine Reaktion mit Wasser ( Kalklöschen ) hergestellt. Kalkwasser wäre dann die wässrige Lösung eines Stoffes, der aus dem Rohstoff Kalk hergestellt wurde (eine ähnliche Namensgebung wie bei Salzsäure). Zweite Version 1. Drei Beobachtungen sprechen für den Ablauf einer chemischen Reaktion: Das Gas verschwindet, die weiße Kruste besteht aus einem neu gebildeten Reinstoff und die Erwärmung der oberen Spritze siehe erste Version 7