Zerlegung von Wasser durch Reduktionsmittel

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1 Lehrer-/Dozentenblatt Zerlegung von Wasser durch Reduktionsmittel (Artikelnr.: P ) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Chemie Bildungsstufe: Klasse 7-10 Lehrplanthema: Anorganische Chemie Unterthema: Wasser Experiment: Zerlegung von Wasser durch Reduktionsmittel Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Leicht 10 Minuten 10 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schlagwörter: Reduktion, Reduktionsmittel Aufgabe und Material Lehrerinformationen Lernziele Wasser lässt sich durch Reduktionsmittel zerlegen. Hierbei entsteht das Element Wasserstoff. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Vorbereitungen Das Zinkpulver sollte nicht oxidiert und trocken sein. Eventuell vorher bei mäßigen Temperaturen (ca. 50 C) eine Nacht trocknen. Anmerkungen zu den Schülerversuchen Die Reaktion von Calcium mit Wasser erfolgt auch bei der langsamen Wasserzugabe durch den Sand heftig. Es sind in jedem Fall schwerschmelzbare Reagenzgläser zu verwenden! Weisen sie die Schüler/Innen auf die Notwendigkeit der Knallgasprobe hin. H- und P-Sätze Zinkpulver: H410: Giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. Calcium, gekörnt: H261: In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase. P402 + P404: In einem geschlossenen Behälter an einem trockenen Ort aufbewahren.

2 Lehrer-/Dozentenblatt Gefahren Gummi-Glas-Verbindungen mit Glycerin gleitend machen. Keine Gewalt anwenden! Während des Versuches bilden sich explosionsfähige Gemische. Schutzbrille tragen! Hinweise Versuchsteil 2 kann zur Wasserstoffgewinnung für die nächsten Versuche übernommen werden. Methodische Bemerkungen Bei diesem Versuch werden die erarbeiteten Begriffe Reduktionsmittel etc. wiederholt und an neuen Beispielen vertieft. Wasser wird hier bereits als Wasserstoffoxid identifiziert. Eine Verifizierung dieses Sachverhaltes, die auch zur Einführung des Analyse- /Synthesebegriffs geeignet ist, erfolgt in einem gesonderten Versuch. Entsorgung Zinkoxid als Schwermetallabfall entsorgen. Calcium durch Wasserzugabe vollständig durchreagieren lassen und in den Sammelbehälter für Säuren und Laugen geben.

3 Zerlegung von Wasser durch Reduktionsmittel (Artikelnr.: P ) Aufgabe und Material Aufgabe Aus welchen Elementen besteht Wasser? Zerlege Wasser mit Hilfe eines Reduktionsmittels.

4 Material Position Material Bestellnr. Menge 1 Doppelmuffe Universalklemme, Stellschraube an beweglicher Seite Schutzbrille, farblose Scheiben Stativfuß, variabel Reagenzglasbürste, d = 20 mm, l = 270 mm Stativstange Edelstahl 18/8, l = 370 mm, d = 10 mm Spritzflasche, 250 ml, Kunststoff Pulverspatel, Stahl, l = 150 mm Reagenzglasgestell, 6 Bohrungen, d = 22 mm, Holz Reagenzglas, d = 18 mm, l = 180 mm, 10 Stück (3) 8 Reagenzglashalter bis d = 22 mm Gummistopfen 17/22, 1 Bohrung 7 mm Pipette mit Gummikappe Glasröhrchen mit Spitze, 65 mm, 10 Stück (1) 11 Reagenzglas, d = 20 mm, l = 180 mm, DURAN, SB Zusätzliches Material Butanbrenner Labogaz Butan-Kartusche CV300 Plus mit Ventil, 240 g Holzspäne, l = 35 cm, d = 3 mm, 200 Stück (1) Calcium, gekörnt 50 g Glycerin, 99%, 250 ml Normensand I, fein 2500 g Zink, Pulver, 100 g Stahlwolle (Eisen), fein, 200 g destilliertes Wasser

5 Aufbau und Durchführung Aufbau Gefahren Gummi-Glas-Verbindungen mit Glycerin gleitend machen. Keine Gewalt anwenden! Während des Versuches bilden sich explosionsfähige Gemische. Schutzbrille tragen! Aufbau Baue das Stativ nach Abb. 1 - Abb. 4 auf. Spanne das Duran-Reagenzglas senkrecht in die Klemme ein (Abb. 5).

6 Abb. 1 Abb. 2 Abb. 3 Abb. 4 Abb. 5 Fülle das Reagenzglas etwa 3 cm hoch mit Sand (Abb. 6). Fülle die Pipette mit Wasser und befeuchte damit gründlich den Sand, ohne dass Wasser an die Wände gelangt (Abb. 7). Nur soviel Wasser verwenden, dass keine Flüssigkeit übersteht.

7 Abb. 6 Abb. 7 Drehe die Universalklemme, bis das Reagenzglas schräg eingespannt ist (Abb. 8). Gib vor den feuchten Sand eine 5 cm lange Schicht trockenen Zinkpulvers (Abb. 9 + Abb. 10). Drehe in das Ende des Glasröhrchens mit Spitze ein wenig Eisenwolle (Abb. 11), drehe dieses dann in den Gummistopfen (mit Glycerin gleitend machen) (Abb. 12) und verschließe mit dem Stopfen das Reagenzglas (Abb. 13).

8 Abb. 8 Abb. 9 Abb. 10 Abb. 11 Abb. 12 Abb. 13 Durchführung Ablauf Erwärme mit kleiner Flamme das Zinkpulver, erhitze dann ca. 1 Minute kräftig (Abb. 14). Stülpe ein Reagenzglas über die Düse des Glasröhrchens mit Spitze (Abb. 15) und erhitze den feuchten Sand (Abb. 16). Reguliere die Brennerflamme so, dass ein gleichmäßiger und nicht zu starker Wasserdampfstrom erzeugt wird.

9 Abb. 14 Abb. 15 Abb. 16 Führe nach etwa einer halben Minute mit dem übergestülpten Reagenzglas die Knallgasprobe durch. Entzünde das aus der Düse austretende Gas mit Hilfe eines brennenden Holzspanes (Abb. 17). Abb. 17 Lösche die Brennerflamme, lasse die Apparatur abkühlen und baue sie ab. Spanne dann das zweite Duranglas senkrecht am Stativ ein (Abb. 18). Fülle dieses mit einem Spatel Calciumspäne (Abb. 19) und gib hierauf etwa 3 cm hoch Sand (Abb. 20).

10 Abb. 18 Abb. 19 Abb. 20 Befeuchte mit der Pipette den Sand von oben (Abb. 21) und verschließe mit dem Stopfen schnell das Reagenzglas (Abb. 22). Stülpe über die Düse ein Reagenzglas (Abb. 23) und führe etwa eine halbe Minute nach Einsetzen der Reaktion die Knallgasprobe durch.

11 Abb. 21 Abb. 22 Abb. 23 Entzünde das Gas mit einem Holzspan an der Düse, nimm mit dem Reagenzglashalter ein trockenes Reagenzglas und halte es mit der Öffnung nach unten über die Flamme. Entsorgung Lasse den Inhalt der Reagenzgläser durchreagieren (eventuell noch etwas Wasser zugeben) und gib nach der Beendigung diesen in den Sammelbehälter für Säuren und Laugen.

12 Protokoll: Zerlegung von Wasser durch Reduktionsmittel Ergebnis - Beobachtungen (10 Punkte) Notiere deine Beobachtungen. Experiment 1: Experiment 2: Auswertung - Frage 1 (10 Punkte) Ziehe die Schlussfolgerungen aus beiden Versuchsteilen. Gib in einer Wortgleichung die abgelaufenen Vorgänge wieder.

13 Auswertung - Frage 2 (10 Punkte) Nenne die Eigenschaften des entstandenen Stoffes, die sich aus dem Versuch ergeben. Auswertung - Frage 3 (10 Punkte) Erläutere anhand des Versuches die Begriffe Reduktionsmittel, Oxidationsmittel. Nenne den reduzierten bzw. oxidierten Stoff.

14 Auswertung - Frage 4 (10 Punkte) Welche anderen Stoffe ließen sich hier noch als Reduktionsmittel verwenden (Begründung)?