Skript zum Praktikum. Anorganische Chemie. für Nanostrukturwissenschaften. Von Clemens Bruhn und Susanne Völker. 2. Semester

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1 Skript zum Praktikum Anorganische Chemie für Nanostrukturwissenschaften Von Clemens Bruhn und Susanne Völker 2. Semester SS

2 Inhaltsverzeichnis Vorbemerkungen 4 Laborordnung 4 Verhalten bei Unfällen 5 Verhalten bei den Versuchen 5 Entsorgung 6 Überblick über die durchzuführenden Analysen und Präparate 7 1 Anorganisch-Qualitative Analyse 8 Lösen der Proben 8 Teil A Anionen 8 A 1 Halogene 8 A 2 Schwefel 10 A 3 Stickstoff 11 A 4 Phosphor 13 A 5 Kohlenstoff 14 A 6 Silicium 15 A 7 Bor 15 A 8 Sodaauszug 16 Analyse 16 Teil B Ammoniumcarbonat-Gruppe und Lösliche Gruppe 17 B 1 Ammonium 17 B 2 Lithium, Natrium, Kalium 17 B 3 Magnesium, Calcium, Strontium, Barium 18 Analyse 21 Teil C Ammoniumsulfid-Gruppe 22 C 1 Aluminium 22 C 2 Chrom 23 C 3 Mangan 24 C 4 Eisen 25 C 5 Cobalt, Nickel 26 C 6 Zink 27 Analyse 28 Teil D Schwefelwasserstoff- Gruppe 29 D 1 Zinn, Blei 29 D 2 Antimon, Bismut 30 D 3 Kupfer, Silber 32 Analyse 34 2

3 Teil E und F Reinstoffanalyse und Gesamtanalyse 35 Allgemeine Vorproben 35 Optische Prüfung 35 Lösungsverhalten 36 Flammenfärbung 36 Boraxperle bzw. Phosphorsalzperle 37 Oxidationsschmelze 37 Sodaauszug für Anionen 37 Ausgewählte Vorproben 38 Kationennachweise 38 Anionennachweise 39 Analysen 41 Allgemeiner Kationentrennungsgang 42 Salzsäure-Gruppe 42 Schwefelwasserstoff-Gruppe 43 Ammoniumsulfid-Gruppe 45 Ammoniumcarbonat-Gruppe und Lösliche Gruppe 47 2 Anorganisch-Quantitative Analyse 48 Teil A Redox-Titration 48 Teil B Photometrie 52 3 Anorganische Präparate 55 Teil A Präparat 1 55 Teil B Präparat 2 55 Vorprotokoll Präparat 56 Literatur 58 3

4 Vorbemerkungen Laborordnung Informieren Sie sich über Notausgänge, Fluchtwege, Not-Aus-Schalter für die elektrische Anlage, Feuermelder, Feuerlöscher, Löschdecken, Löschsand, Notduschen, Augenduschen, Erste-Hilfe-Kasten und andere Sicherheitseinrichtungen, wie z.b. Ersthelfer. NOTRUF TELEFONNUMMER: 112 Schwangere, stillende Mütter und Personen, die der Sicherheit nicht belehrt wurden (z.b. Besucher), haben keinen Zutritt zu den Praktikumsräumen. Im Labor gilt striktes Verbot für Essen und Trinken. Auch die Aufbewahrung von Ess- und Trinkwaren im Labor ist nicht gestattet. Der Genuss von alkoholischen Getränken unmittelbar vor oder während des Praktikums führt zum Ausschluss vom Praktikum für den jeweiligen Tag. Jacken und Taschen sind nicht im Labor, sondern in dem dafür vorgesehenen Raum aufzubewahren. Wertsachen können mit ins Labor genommen werden. Im Labor und auf den Gängen gilt striktes Rauchverbot. Beim Aufenthalt im Labor sind grundsätzlich geschlossener Laborkittel, geschlossenes, trittsicheres Schuhwerk, langes Beinkleid und Schutzbrille zu tragen. Lange Haare dürfen nicht offen getragen werden. Das Tragen von Schutzhandschuhen empfiehlt sich in manchen Fällen. Achten Sie jedoch darauf, dass Sie nichts mit Schutzhandschuhen anfassen, was von anderen Studierenden ohne Schutzhandschuhe angefasst werden könnte, beispielsweise ein Wasserhahn. Das Tragen von Kontaktlinsen sowie die Benutzung von Mobiltelefonen sind im Laborbereich untersagt. Chronische Krankheiten sowie Allergien gegen bestimmte Substanzen sind vor Beginn des Praktikums anzuzeigen. Die Arbeits- und Laborplätze sind abends sauber zu verlassen. Den Anweisungen der Praktikumsbetreuer ist unbedingt Folge zu leisten. Wiederholte Verstöße gegen die Laborordnung können den Ausschluss von der Nutzung des Labors zur Folge haben. Für die zugewiesenen verschließbaren Laborplätze inklusive der Platzausrüstung sind die Studierenden verantwortlich. Vor Beginn und nach dem Ende des Praktikums sind die Platzausrüstungen sorgfältig zu überprüfen. Abhanden gekommene, beschädigte und zerbrochene Geräte werden von den Studierenden ersetzt. Die Platzausrüstung wird nach Beendigung des Praktikums nur in sauberem und trockenem Zustand übernommen. 4

5 Verhalten bei Unfällen Jeder Unfall und jede (auch kleinere) Verletzung ist sofort dem zuständigen Betreuer zu melden. In Notfällen hat die Versorgung von Verletzten unter Selbstschutz Vorrang! Sofort-Maßnahmen bei Verletzung der: Haut Augen Atemwege Sofort mit viel Wasser abwaschen gegebenenfalls Notdusche benutzen! ACHTUNG, bei konzentrierter Schwefelsäure erst trocken tupfen Keine Lösungsmittel verwenden Alle betroffenen Kleidungsstücke entfernen Sofort mit viel Wasser spülen (mindestens 10 Minuten) Augendusche benutzen! Frische Luft zuführen Flach und warm legen Verhalten bei den Versuchen Informieren Sie sich vor Versuchsbeginn über die verwendeten Gefahrstoffe. Alle Chemikaliengefäße, Reagenzgläser und Rollrandgläser sind sorgfältig zu beschriften. Alle gekennzeichneten Versuche (Gift, Abzug) müssen unter dem Abzug durchgeführt werden. Die Frontschieber unbenutzter Abzüge sind geschlossen zu halten, weil die Entlüftungswirkung in den anderen sonst verringert wird. Jeder Versuch muss sorgfältig vorbereitet werden, so dass die Gefährlichkeit der verwendeten und entstehenden Chemikalien eingeschätzt werden kann. Der Verbrauch von Gas, Wasser, Elektrizität und Chemikalien ist auf das Notwendigste zu beschränken. Brenner und Gas sind vor Verlassen des Labors abzustellen. Aus den Vorratsgefäßen werden nur die benötigten Mengen an Chemikalien entnommen, da nicht benötigtes Material nicht wieder in das Vorratsgefäß zurückgegeben werden darf. Niemals die Öffnung eines Reagenzglases auf eine Person richten. Brennbare (organische) Lösungsmittel nicht über einer offenen Flamme erhitzen. Niemals etwas zu einer konzentrierten Säure oder Lauge geben, immer umgekehrt verfahren. 5

6 Entsorgung Bei Abfällen muss grundsätzlich zwischen Sonderabfall und Restabfall unterschieden werden. Zum gewöhnlichen Abfall, der dem Hausmüll bzw. dem Abwasser zugeführt werden kann gehören auch Chemikalien, die nicht als Gefahrstoff eingestuft sind. Säuren und Laugen sind vor der Entsorgung zu verdünnen. Über die Entsorgung gefährlicher bzw. reaktiver Stoffe muss sich im Einzelfall kundig gemacht werden. Chemikalienabfälle werden in gekennzeichneten Sonderabfallbehältern gesammelt. Es ist zu beachten, dass das Volumen der flüssigen und festen Sonderabfälle klein gehalten wird. Reste werden unverdünnt in die entsprechenden Behälter gegeben und bei giftigen oder gefährlichen Chemikalien maximal einmal nachgespült. Es stehen folgende Behälter bereit: I II III Wässrige Abfälle (Flasche bzw. Kanister) für - wässrige Schwermetallreste - mit organischen Resten kontaminierter wässrige Schwermetallreste dazu gehören u. a. Salze und Verbindungen von: Antimon, Barium, Blei, Cobalt, Chrom, Kupfer, Mangan, Nickel, Zinn, Zink, Silber (vorher ansäuern, da sich sonst explosionsfähiges Knallsilber (Ag 3 N) bilden kann) Die Abfallbehälter dürfen nicht vollständig gefüllt werden, sondern müssen vom Labordienst rechtzeitig in den Sammelkanister entleert werden. Organische Abfälle (Kanister) für - organische Lösungsmittelreste ohne Halogene (z.b. Aceton, ) - organische Lösungsmittelreste mit Halogenen (z.b. Chloroform, ) Feststoffabfälle (blaue Tonne) für - stark kontaminierte Filterpapiere - stark kontaminiertes Universal-Laborpapier - kontaminierte Handschuhe Glas- und Porzellanabfälle werden nach Reinigung in die dafür vorgesehene Tonne gegeben. In die Hausmülltonnen dürfen nur nicht kontaminierte Abfälle entsorgt werden. 6

7 Überblick über die durchzuführenden Analysen und Präparate 1. Anorganisch-Qualitative Analysen 1 A Anionen 1 B Ammoniumcarbonat-Gruppe und Lösliche Gruppe 1 C Ammoniumsulfid-Gruppe 1 D Schwefelwasserstoff-Gruppe 1 E Reinstoff 1 F Gesamtanalyse 2. Anorganisch-Quantitative Analysen 2 A Manganometrie 2 B Photometrische Bestimmung von Kupfer(II) 3. Anorganische Präparate 3 A 1. Präparat 3 B 2. Präparat 7

8 1 Anorganisch-Qualitative Analyse LÖSEN DER PROBEN Man prüft das Lösungsverhalten der Proben wie auf Seite 37 beschrieben. Verwenden Sie für Ihre Analysen keine reaktiveren Lösungsmittel als nötig. Achten Sie darauf, dass im Lösungsmittel enthaltene Ionen die Nachweisreaktionen nicht stören. Lösungsversuche mit unbekannten Proben müssen unter dem Abzug durchgeführt werden, da eventuell giftige Gase entstehen können. Das Lösungsverhalten der Probe ist im Protokoll zu beschreiben. Teil A Anionen VORPROBEN A 1 Halogene A 1.1 ABZUG! Man gibt jeweils eine kleine Spatelspitze a) Kalium- bzw. Natriumfluorid (VORSICHT! säurefeste Handschuhe notwendig) b) Kalium- bzw. Natriumchlorid c) Kalium- bzw. Natriumbromid d) Kalium- bzw. Natriumiodid in ein Reagenzglas, tropft etwa 10 Tropfen konzentrierte Schwefelsäure zu und erwärmt vorsichtig im Wasserbad. Man weist den Säurecharakter der entstehenden Gase mit feuchtem Indikatorpapier nach. Notieren Sie die ph-werte. Erklären Sie die unterschiedlichen Reaktionen anhand einfacher chemischer Gleichungen. Wie verhalten Sie sich, wenn Sie Flusssäure auf die Haut bekommen? Kennen Sie den Begriff Pseudohalogene/-halogenide? A 1.2 ABZUG! Nachweisreaktion für Bromid und Iodid Man säuert sehr verdünnte (!) Lösungen von a) Kalium- bzw. Natriumbromid b) Kalium- bzw. Natriumiodid c) Kalium- bzw. Natriumbromid/Kalium- bzw. Natriumiodid (etwa 1:1) mit verdünnter Schwefelsäure an und überschichtet mit etwa 1 ml Petrolether. Dann gibt man tropfenweise Chlorwasser zu der Lösung und schüttelt jeweils kräftig (Stopfen verwenden). Formulieren Sie die Umsetzungen von a) und b) in chemischen Gleichungen. Welche Halogene befinden sich bei a) und b) in der organischen Petroletherphase und woran erkennen Sie das? Was passiert, wenn bei a) und b) Chlorwasser im Überschuss zugegeben wird? Was passiert bei c), also gleichzeitiger Anwesenheit von Bromid und Iodid? Wie ist das allgemeine Redoxverhalten der Halogenide/Halogene? A 1.3 ABZUG! Man gibt zu je 1 ml a) Chlorwasser b) Bromwasser c) Iodwasser etwa 1 ml Petrolether und schüttelt kräftig (Stopfen verwenden). Unter wiederholtem Schütteln tropft man verdünnte Natronlauge bis zur Entfärbung zu und säuert die Lösungen anschließend wieder mit verdünnter Salzsäure an. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie Ihre Ergebnisse. Wie heißen die Reaktionstypen? 8

9 A 1.4 ABZUG! Nachweisreaktion für Chlorid, Bromid und Iodid Man säuert Lösungen von a) Alkalichlorid b) Alkalibromid c) Alkaliiodid mit verdünnter Salpetersäure an und gibt einige Tropfen Silbernitratlösung zu. Die entstandenen Niederschläge werden zentrifugiert und mehrmals mit demineralisiertem Wasser gewaschen. Dann überprüft man die Löslichkeit der Niederschläge in frisch bereiteter konzentrierter (kalt gesättigter) Ammoniumcarbonatlösung (alternativ in verdünnter Ammoniaklösung) und in konzentrierter Ammoniaklösung. Zur Überprüfung ob ein Niederschlag tatsächlich in Lösung gegangen ist versetzt man dann einen Teil der überstehenden Ammoniumcarbonat- bzw. Ammoniaklösung mit Kaliumiodidlösung. Im Trennungsgang kann bei Anwesenheit von Sulfid schwarzes AgS ausfallen. Solche Proben mit Schwefelsäure ansäuern, entstehendes H 2 S verkochen und anschließend die Halogenidtrennung durchführen. Wie werden Silberreste (und speziell ammoniakalische Silberreste) entsorgt? Formulieren Sie einfache Reaktionsgleichungen für die Fällungen. Notieren Sie Ihre Beobachtungen der Löslichkeitsuntersuchungen tabellarisch und interpretieren Sie Ihre Ergebnisse. Die Reaktion mit Ammoniak ist eine Komplexbildungsreaktion. Bei Zugabe von Säure fällt wiederum ein Niederschlag aus. Stellen Sie das Massenwirkungsgesetz für diese Reaktion auf und interpretieren Sie die Gleichung. A 1.5 ABZUG! Nachweisreaktion für Fluorid (Ätz- bzw. Kriechprobe) Vorprobe für die Tauglichkeit des Reagenzglases für diese Reaktion: Man gibt etwas konzentrierte Schwefelsäure in ein Reagenzglas und schüttelt kurz, so das die Innenwand von der öligen Säure vollständig benetzt wird. Wenn der Flüssigkeitsfilm erst allmählich reißt und die Säure langsam von der Glaswandung abläuft, ist das Reagenzglas geeignet. Dann gibt man eine kleine Spatelspitze Natriumfluorid (VORSICHT! säurefeste Handschuhe notwendig) und erwärmt vorsichtig im Wasserbad (die Säure darf nicht schäumen). Dann untersucht man das Fliessverhalten und den Meniskus der Schwefelsäure. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und erklären Sie diese. A 1.6 Nachweisreaktion für Fluorid Durch Versetzen einer Aluminiumsulfatlösung mit wenig verdünnter Natronlauge wird weißes Aluminiumhydroxid, Al(OH) 3, gefällt. Der Niederschlag wird dekantiert und mit demineralisiertem Wasser solange gewaschen, bis die Waschlösung keine alkalische Reaktion mehr zeigt (mit ph-papier prüfen). Zu diesem frisch gefällten Al(OH) 3 werden 3 Tropfen Phenolphthaleinlösung und in Wasser gelöstes Natriumfluorid gegeben. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und erklären Sie diese. A 1.7 Nachweisreaktion für Chlorat Eine wässrige, nicht zu verdünnte Kaliumchloratlösung wird mit verdünnter Schwefelsäure angesäuert und auf zwei Reagenzgläser verteilt. Eine Probe wird direkt mit einigen Tropfen Silbernitratlösung versetzt. Zu der anderen Probe gibt man einige Zinkgranalien, erhitzt kräftig und versetzt dann mit einigen Tropfen Silbernitratlösung. Erstellen Sie eine Redoxgleichung. Womit könnten Sie Zink ersetzen? Wo finden Chlorate im täglichen Leben Verwendung? 9

10 A 1.8 ABZUG! Etwa 1 ml einer verdünnten Kaliumchloridlösung wird mit einigen Tropfen verdünnter Perchlorsäure versetzt. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie eine chemische Gleichung. Kann die Reaktion analog auch mit Natriumchlorid durchgeführt werden? Für welches Element ist diese Reaktion der Nachweis? A 2 Schwefel A 2.1 In einem trockenen Reagenzglas mischt man stöchiometrische Mengen Eisen- und Schwefelpulver und erhitzt vorsichtig. Welches Produkt ist entstanden? Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung mit Oxidationszahlen. A 2.2 ABZUG! In einem Reagenzglas erhitzt man etwas Schwefelpulver zum Schmelzen. An der Luft fängt es unter Bildung eines stechend riechenden, farblosen Gases Feuer. Welche Reaktion ist eingetreten? Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung mit Oxidationszahlen. A 2.3 ABZUG! 4 ml des ausstehenden H 2 S-Wassers werden in ein Reagenzglas gegeben und vorsichtig der ph-wert bestimmt. Die Lösung für Versuch 2.4 aufheben. Interpretieren Sie Ihre Ergebnisse. A 2.4 ABZUG! Nachweisreaktion für Sulfid Man teilt das in Versuch A 2.3 verwendete H 2 S-Wasser auf 4 Reagenzgläser auf. Zwei Proben werden mit verdünnter Salzsäure angesäuert und zwei Proben werden mit verdünnter Ammoniaklösung leicht alkalisch gemacht und mit Ammoniumchlorid abgepuffert. Zu je einer der sauren und alkalischen Lösungen gibt man einige Tropfen einer a) Kupfersulfatlösung b) Cobaltsulfatlösung. Wie erhält man eine quantitative Fällung von Zinksulfid? Erklären Sie anhand Ihrer Ergebnisse die Löslichkeitsprodukte der Metallsulfide. Wo nutzen Sie diesen Effekt im Trennungsgang aus? A 2.5 ABZUG! Nachweisreaktion für Sulfid Eine kleine Spatelspitze Natriumsulfid wird im Reagenzglas mit halbkonzentrierter Salzsäure übergossen und das Reagenzglas mit feuchtem Bleiacetatpapier abgedeckt. Man kann das Reagenzglas auch mit einem Gärröhrchen verschließen, in das man feuchtes Bleiacetatpapier gesteckt hat. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. A 2.6 ABZUG! In einem Reagenzglas wird eine Eisen(III)-chloridlösung mit verdünnter Schwefelsäure angesäuert und vorsichtig mit H 2 S-Wasser versetzt. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung mit Oxidationszahlen. 10

11 A 2.7 Man gibt in einem Reagenzglas einige Tropfen konzentrierte Schwefelsäure VORSICHTIG zu einigen Millilitern Wasser. Man prüft nach einigen Minuten die Außentemperatur des Reagenzglases. Begründen Sie, warum Sie nicht umgekehrt verfahren sollten. Wie verfahren Sie, wenn Ihnen konzentrierte Schwefelsäure auf die Haut gelangt? A 2.8 Man wirft einen kleinen Holzspan in konzentrierte Schwefelsäure. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Wo macht man sich diese Eigenschaft von Schwefelsäure zunutze? A 2.9 ABZUG! Man gibt in zwei Reagenzgläser jeweils etwas Zink und übergießt dann mit a) verdünnter Schwefelsäure b) konzentrierter Schwefelsäure c) konzentrierter Schwefelsäure und erwärmt. Formulieren Sie die Reaktionen als chemische Gleichungen. Welche Gase entstehen bei a) und c)? Wie würden sich Eisen und Kupfer beim Übergießen und Erwärmen mit konzentrierter Schwefelsäure verhalten? A 2.10 Nachweisreaktion für Sulfat Man säuert eine nicht zu konzentrierte Natriumsulfatlösung mit verdünnter Salzsäure an (ph = 1-2) und gibt einige Tropfen Bariumchloridlösung dazu. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Warum säuert man die Lösung an? Welche Grenzstrukturen kennen Sie für das Sulfatanion? Vergleichen Sie die Löslichkeit der Erdalkalisulfate. A 2.11 Man schüttelt eine verdünnte Natriumthiosulfatlösung mit Iodlösung. Zeichnen Sie eine Grenzstruktur des Produktes (nicht Iodid). A 2.12 ABZUG! Man säuert etwas Natriumthiosulfatlösung mit verdünnter Salzsäure an und beobachtet die Lösung einige Zeit. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Was ist der Tyndall-Effekt? A 2.13 Man versetzt einige Tropfen einer Iodlösung mit 3 Tropfen Stärkelösung und gibt dann tropfenweise eine Natriumsulfitlösung zu. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. A 3 Stickstoff A 3.1 ABZUG! Man mischt in einem Reagenzglas etwas gesättigte Ammoniumchloridlösung mit etwas gesättigter Natriumnitritlösung und erwärmt vorsichtig. Wenn die Gasentwicklung einsetzt, entfernt man die Heizquelle und hält einen glühenden Span in das Gas. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und stellen Sie eine chemische Gleichung auf. 11

12 A 3.2 ABZUG! Vorprobe auf Nitrit Man übergießt etwas Natriumnitrit in einem Reagenzglas vorsichtig mit etwas konzentrierter Schwefelsäure. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Wie viele gasförmige Produkte erwarten Sie? Warum ist freie salpetrige Säure nicht isolierbar? Formulieren Sie theoretische tautomere Grenzformen. A 3.3 ABZUG! Man gibt in einem Reagenzglas zu etwas verdünnter Schwefelsäure einige Tropfen Kaliumpermanganatlösung und dann einige Tropfen frisch hergestellter Natrium- oder Ammoniumnitritlösung. Restliche Nitritlösung für die Versuche 3.4 und 3.5 aufheben. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und erstellen Sie eine Redoxgleichung. A 3.4 ABZUG! Man verdünnt wenig der für A 3.3 hergestellten Nitritlösung mit etwas Wasser, gibt Kaliumiodidlösung zu und säuert mit einigen Tropfen verdünnter Schwefelsäure an. Dann gibt man etwas Stärkelösung dazu. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und erstellen Sie eine Redoxgleichung. Diese Reaktion erklärt die hohe Toxizität der Nitrite. Was passiert mit Nitriten im Stoffwechsel? A 3.5 ABZUG! Nachweisreaktion für Nitrit Man säuert ein wenig der für A 3.3 hergestellten Nitritlösung mit verdünnter Schwefelsäure an und gibt einige Kristalle Eisen(II)-sulfat dazu. Interpretieren Sie Ihre Ergebnisse durch eine Redoxgleichung. A 3.6 ABZUG! Nachweisreaktion für Nitrat Man gibt eine Spatelspitze Natriumnitrat in ein Reagenzglas, versetzt mit etwas verdünnter Natronlauge, gibt etwas Zinkstaub hinzu und erwärmt vorsichtig. Man prüft VORSICHTIG den Geruch und mit einem angefeuchteten ph-papier den ph-wert des entstehenden Gases. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Was passiert, wenn man Zink mit Natronlauge erwärmt? A 3.7 ABZUG! Nachweisreaktion für Nitrat (Ringprobe) Man gibt zu einer mit verdünnter Schwefelsäure nicht zu stark angesäuerten Eisen(II)- sulfatlösung einige Tropfen einer Nitratsalzlösung. Dann unterschichtet man vorsichtig mit konzentrierter Schwefelsäure, indem man die Säure langsam an der schräg gehaltenen Reagenzglaswand nach unten laufen lässt. Im Trennungsgang Störung der Reaktion durch Bromid und Iodid, da diese zu den Elementen reduziert werden. In diesem Fall Reaktion 3.8 als Nachweis verwenden. Notieren Sie Ihre Beobachtungen an der Phasengrenze. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Woher kennen Sie diese Reaktion? Welchen zusätzlichen Effekt hat die konzentrierte Schwefelsäure? Warum ist 95 prozentige Salpetersäure braun gefärbt? Für die biologisch Interessierten: Kennen Sie die Xanthoproteinreaktion? 12

13 A 3.8 ABZUG! Nachweisreaktion für Nitrat (Lunges Reagenz) 2-3 Tropfen Ammonium- oder Natriumnitratlösung werden mit Eisessig angesäuert und auf einer gut gereinigten (!) weißen Tüpfelplatte mit je einem Tropfen Reagenzlösung A und B sowie einer Spatelspitze Zinkstaub versetzt. Lunges Reagenzlösung A: 1 prozentige Lösung von Sulfanilsäure in 30 prozentiger Essigsäure Lunges Reagenzlösung B: konzentrierte Lösung von 1-Naphthylamin in 30 prozentiger Essigsäure (ACHTUNG! Enthält Verunreinigungen von krebserregendem 2-Naphthylamin.) Informieren Sie sich über die ablaufenden Reaktionen und die zugehörigen Reaktionsgleichungen. Kann man diese Reaktion auch zum Nachweis von Nitrit anwenden? A 4 Phosphor A 4.1 Nachweisreaktion für Phosphat Man versetzt etwa 1 ml Magnesiumchloridlösung zuerst mit verdünnter Ammoniaklösung bis zur Fällung eines Niederschlags und danach mit Ammoniumchloridlösung bis der Niederschlag sich wieder aufgelöst hat. Zu dieser so genannten Magnesiamischung gibt man tropfenweise eine verdünnte Dinatriumhydrogenphosphatlösung. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Warum arbeiten Sie in einem NH 3 /NH 4 + -Puffersystem? A 4.2 Nachweisreaktion für Phosphat Zu wenig Ammoniummolybdatlösung, die mit verdünnter Salpetersäure versetzt ist, gibt man wenige Tropfen einer mit verdünnter Salpetersäure angesäuerten Dinatriumhydrogenphosphatlösung und erwärmt vorsichtig (VORSICHT! Die Mischung kann spritzen). Reduzierende Ionen stören den Nachweis, gegebenenfalls die Lösung vorher mit konzentrierter Salpetersäure erwärmen, bis keine braunen Gase mehr entstehen. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Wie heißt das Reaktionsprodukt? Begründen Sie, warum man nur wenig Phosphatlösung zugibt und warum man nicht umgekehrt verfahren kann. A 4.3 ABZUG! Nachweisreaktion für Phosphat 2 ml einer Natriumdihydrogenphosphatlösung werden mit 2 ml konzentrierter Salzsäure (Vorsicht) versetzt. Zu der salzsauren Lösung gibt man etwa 1 ml der ausstehenden Zirkonylchloridlösung und erhitzt für 2-3 Minuten am Bunsenbrenner. Es fällt weißes, flockiges Zirkoniumphosphat, Zr 3 (PO 4 ) 4, aus. Bei verdünnteren Lösungen muss längere Zeit erhitzt werden. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung? Handelt es sich dabei um eine Redoxreaktion? 13

14 A 4.4 Vorprobe Man bringt ein Magnesiastäbchen in der Bunsenbrennerflamme zum Glühen, taucht es in Natriumammoniumhydrogenphosphat (Phosphorsalz) und hält es erneut in die Flamme, bis das Phosphat zu einer glasklaren Schmelze geschmolzen ist. Diese heiße Phosphorsalzperle feuchtet man etwas an, nimmt einige Kristalle a) Cobaltsalz b) Mangansalz c) Eisensalz auf und erhitzt jedes Salz einmal in der oxidierenden und einmal in der reduzierenden Bunsenbrenner-Flamme. Welche Farben haben die Phosphorsalzperlen? A 5 Kohlenstoff A 5.1 ABZUG! Man gibt etwas konzentrierte Ameisensäure in ein Reagenzglas und gibt dann vorsichtig einige Tropfen konzentrierte Schwefelsäure dazu. Welches Gas entsteht? Was ist an dem entstehenden Gas so besonders? Welche Rolle spielt dieses Gas im Hochofenprozess? A 5.2 Nachweisreaktion für Carbonat und Kohlendioxid Man übergießt in einem Reagenzglas oder besser einem Zentrifugenglas etwas Natriumcarbonat mit verdünnter Salzsäure und setzt schnell ein mit klarem Barytwasser, Ba(OH) 2, gefülltes Gärröhrchen auf, durch das das entstehende Gas geleitet wird. Alternativ kann man auch vorsichtig einen Glasstab mit einem anhaftenden Tropfen Barytwasser über die Lösung halten. Welches Gas entsteht? Wo findet das entstehende Gas im täglichen Leben Verwendung? Welches Produkt entsteht beim Einleiten in das Barytwasser? Alternativ kann man statt Barytwasser Kalkwasser verwenden. Was ist das, und wo spielt der Vorgang in der Natur eine Rolle? A 5.3 Nachweisreaktion für Carbonat Man übergießt in einem Reagenzglas etwas Soda oder Kalk oder Marmor mit verdünnter Salzsäure und weist das entstehende Gas nach. Kennen Sie die chemische Zusammensetzung von Soda, Kalk und Marmor? Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. A 5.4 Man versetzt Lösungen von a) Natriumcarbonat b) Natriumhydrogencarbonat c) Natriumcarbonat d) Natriumhydrogencarbonat jeweils mit etwas Phenolphthalein (Indikator) und erhitzt die Proben c) und d). Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese durch einfache chemische Gleichungen. Hydrogencarbonat kann Protonen aufnehmen und abgeben. Wie nennt man diese Eigenschaft? Formulieren Sie die Gleichungen. Beschreiben Sie die Gleichgewichtsreaktionen beim Einleiten von CO 2 in Wasser. 14

15 A 5.5 Nachweisreaktion für Acetat Man verreibt etwas festes Natriumacetat mit der mehrfachen Menge Kaliumhydrogensulfat und macht eine Geruchsprobe. NICHT bei Anwesenheit von Fluorid durchführen. Formulieren Sie die Reaktion anhand einer chemischen Gleichung. A 5.6 Nachweisreaktion für Acetat Man übergießt etwas Natriumacetat in einem Schälchen mit etwas konzentrierter Schwefelsäure und Ethanol und vermischt die Substanzen gut. Dann deckt man das Schälchen mit einem Uhrglas ab, lässt für ca. 15 Minuten ruhen und macht dann eine Geruchsprobe. Formulieren Sie für diese organische Grundreaktion die chemische Gleichung. A 5.7 Nachweisreaktion für Oxalat Man säuert etwas Oxalsäure mit verdünnter Schwefelsäure an und gibt dann einige Tropfen Kaliumpermanganatlösung dazu. Dann teilt man die Probe, erwärmt gelinde einen Teil und beobachtet beide Proben eine Zeit lang. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Welche Struktur hat Oxalsäure? Kennen Sie einige Eigenschaften von Oxalsäure? A 6 Silicium A 6.1 ABZUG! Nachweisreaktion für Silikat Man gibt einen Tropfen einer Calciumfluoridaufschlämmung auf einen durchsichtigen Glasobjektträger, tropft 1 bis 2 Tropfen konzentrierter Schwefelsäure darauf und bedeckt mit einem zweiten durchsichtigen Glasobjektträger. Nach einigen Minuten Einwirkzeit wäscht man beide Objektträger gut ab und überprüft, ob eine Ätzung stattgefunden hat. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Kennen Sie einige Besonderheiten von Silicaten (Vorkommen, Struktur, )? A 7 Bor A 7.1 ABZUG! Nachweisreaktion für Borat Man gibt eine Spatelspitze Dinatriumtetraborat (Borax, Metaborat) in eine trockene Abdampfschale und übergießt den Feststoff mit 5 ml Methanol. Dann gibt man 5 Tropfen konzentrierte Schwefelsäure dazu, deckt das Schälchen mit einem Uhrglas ab, lässt für einige Minuten ruhen und entzündet dann VORSICHTIG die entstehenden Dämpfe in einem abgedunkelten Abzug. Wozu geben Sie die Schwefelsäure dazu? Zu welcher Verbindungsklasse gehört das entstandene Produkt und woher kennen Sie diese? Welchem Element ähnelt Bor in vielen Eigenschaften und warum? 15

16 A 7.2 Vorprobe Man bringt ein Magnesiastäbchen in der Bunsenbrennerflamme zum Glühen, taucht es in Borax und hält es erneut in die Flamme, bis das Borax zu einer glasklaren Schmelze geschmolzen ist. Mit dieser heißen Boraxperle nimmt man einige Kristalle a) Cobaltsalz b) Kupfersalz c) Mangansalz auf und erhitzt jedes Salz einmal in der oxidierenden und einmal in der reduzierenden Flamme. Formulieren Sie eine exemplarische Reaktionsgleichung. Welche andere Substanz haben Sie bereits für die analoge Reaktion kennen gelernt, und sind die Farben bei beiden Vorproben identisch? A 8 Sodaauszug A 8.1 ABZUG! Sodaauszug Man mischt einige schwerlösliche Salze der behandelten Anionen (Vorsicht bei Fluorid), schlämmt diese Mischung mit der fünf- bis zehnfachen Menge Natriumcarbonat in ml Wasser auf und kocht etwa Minuten. Nach dem Erkalten der Lösung filtriert man die schwerlöslichen Bestandteile ab und vertreibt durch VORSICHTIGES Ansäuern zunächst mit konzentrierter, danach mit verdünnter Salpetersäure das enthaltene Carbonat. Mit dem klaren, farblosen Filtrat (Zentrifugat) (noch mal den ph-wert prüfen, muss mindestens 2-3 sein) führt man die Nachweisreaktionen für die Anionen, außer Nitrat, Carbonat und Sulfid, durch. Welche schwerlöslichen Verbindungen entstehen durch die Zugabe des Natriumcarbonats? Warum müssen Sie Natriumcarbonat in großem Überschuss zugeben? Wie heißt das zugehörige Prinzip? Wann müssen Sie diesen Auszug im Trennungsgang durchführen? ANALYSE Teilanalyse 1 A Enthalten sein können folgende Anionen: F ; Cl ; Br ; I ; SO 4 2 ; S 2 ; NO 3 ; PO 4 3 ; CO 3 2 ; CH 3 COO ; BO

17 Teil B Ammoniumcarbonat-Gruppe und Lösliche Gruppe VORPROBEN B 1 Ammonium B 1.1 Man füllt in je ein Reagenzglas etwas konzentrierte Salzsäure und konzentrierte Ammoniaklösung und hält die beiden Gläser dicht nebeneinander. Dann bläst man leicht über die beiden Reagenzgläser hinweg und hält ein Uhrglas in Richtung des Luftstroms. Erstellen Sie eine Reaktionsgleichung. Was wissen Sie über das Verhalten von Ammoniak, das in Wasser gelöst wird? Warum wird Ammonium an dieser Stelle behandelt und nicht bei Stickstoff? B 1.2 Nachweisreaktion für Ammonium mit der Mikrogaskammer Man gibt auf ein Uhrglas eine Spatelspitze Ammoniumchlorid, legt 1-2 Natriumhydroxidplätzchen auf, befeuchtet mit 1-2 Tropfen demineralisiertem Wasser und deckt mit einem Uhrglas ab, in das ein kleiner Streifen Indikatorpapier mit etwas demineralisiertem Wasser geklebt wurde. Zur Kontrolle klebt man einen kleinen Streifen Indikatorpapier auf die Oberseite des Uhrglases. Erstellen Sie eine Reaktionsgleichung. In welche analytische Gruppe des Trennungsgangs gehört Ammonium und welche anderen Ionen gehören noch zu dieser Gruppe? B 1.3 ABZUG! Man gibt zwei bis drei Spatelspitzen Ammoniumchlorid in eine Abdampfschale, versetzt mit Königswasser (konz. HCl und konz. HNO 3 ca. 1:2) und dampft die Mischung anschließend vorsichtig bis zur Trockene ein (ACHTUNG! Spritzgefahr). Dann prüft man den Rückstand auf Ammonium. Wenn man noch Ammonium nachweisen kann, wiederholt man den Vorgang, bis man kein Ammonium mehr nachweisen kann. Wo werden Sie diese Reaktion im Trennungsgang benötigen? B 2 Lithium, Natrium, Kalium B 2.1 Man gibt etwas a) Lithiumchlorid b) Natriumchlorid c) Kaliumchlorid in je ein Reagenzglas, gibt etwas Ethanol dazu und erwärmt leicht. Wo können Sie den beobachteten Effekt ausnutzen? B 2.2 Vorprobe für Lithium Man übergießt Lithiumchlorid in einer Abdampfschale mit etwas Ethanol, rührt gut um und entzündet den Alkohol in einem abgedunkelten Abzug. 17

18 B 2.3 Nachweisreaktion für Lithium Man macht eine Lithiumsalzlösung mit verdünnter Natronlauge alkalisch und gibt Dinatriumhydrogenphosphat zu. Sollte kein Niederschlag ausfallen, gibt man einige Tropfen Ethanol zu und kocht die Mischung auf. Erstellen Sie eine Reaktionsgleichung. Warum muss die Reaktionsmischung alkalisch sein? B 2.6 ABZUG! Nachweisreaktion für Kalium Man säuert a) Kaliumchloridlösung b) Natriumchloridlösung mit verdünnter Salzsäure an, gibt einige Tropfen 30 prozentige Perchlorsäure zu und prüft nach einigen Minuten, ob sich Niederschläge gebildet haben. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie eine chemische Gleichung. Was können Sie über die Löslichkeit des Produktes bei a) sagen? Wie könnten Sie größere Kristalle erhalten? Welches Ion könnte den Nachweis stören? B 2.8 Vorprobe und Nachweisreaktion für Kalium, Lithium und Natrium Man bringt mit einem Magnesiastäbchen, das jeweils vorher mit konzentrierter Salzsäure ausgeglüht wurde a) Kaliumchlorid b) Lithiumchlorid c) Natriumchlorid in die nicht leuchtende Flamme des Bunsenbrenners. Welche Farben können Sie erkennen? Warum sollten Sie Natrium zuletzt nehmen? Wie können Sie die Farben von Lithium und Kalium in Gegenwart von Natrium erkennen? Informieren Sie sich über die Lage der zugehörigen Spektrallinien. B 3 Magnesium, Calcium, Strontium, Barium B 3.1 Man versetzt eine Magnesiumchloridlösung tropfenweise mit konzentrierter Natronlauge und prüft den ph-wert im Verlauf der Zugabe. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und erstellen Sie eine chemische Gleichung. Können Sie etwas über die Quantität der Fällung aussagen? Stichwort: Löslichkeitsprodukt? B 3.2 ABZUG! Man verteilt eine Magnesiumchloridlösung auf zwei Reagenzgläser. Dann gibt man a) verdünnte Ammoniaklösung und anschließend Ammoniumchloridlösung b) Ammoniumchloridlösung und anschließend verdünnte Ammoniaklösung dazu. Notieren Sie Ihre Beobachtungen, und interpretieren Sie diese. Welche Rückschlüsse in Bezug auf die Fällung können Sie aus Versuch B 3.1 und 3.2 ziehen? 18

19 B 3.3 Nachweisreaktion für Magnesium Man versetzt eine Magnesiumchloridlösung mit verdünnter Ammoniaklösung, puffert mit Ammoniumchloridlösung ab, gibt einige Tropfen einer alkoholischen Oxinlösung (8-Hydroxychinolinlösung) dazu und erwärmt vorsichtig. Welche Strukturformel hat Oxin? Welche Strukturformel hat die entstehende Magnesiumverbindung? Wie heißen Verbindungen dieses Typs? Warum spielt diese Fällung im Trennungsgang eine wichtige Rolle? Warum sollten Sie bei Magnesium grundsätzlich mehr als einen Nachweis durchführen? B 3.4 ABZUG! Nachweisreaktion für Magnesium Man versetzt etwas Magnesiumchloridlösung zuerst mit verdünnter Ammoniaklösung bis zur Fällung eines Niederschlags und danach mit Ammoniumchloridlösung bis sich der Niederschlag wieder aufgelöst hat. Dann gibt man tropfenweise eine verdünnte Dinatriumhydrogenphosphatlösung zu. Erstellen Sie eine Reaktionsgleichung. Woher kennen Sie diese Reaktion bereits? Schauen Sie sich den Niederschlag unter dem Mikroskop an und zeichnen Sie die charakteristische(n) Kristallform(en) in Ihr Laborjournal. B 3.5 Nachweisreaktion für Calcium Man versetzt in der Siedehitze etwas Calciumchloridlösung mit Ammoniumcarbonatlösung und prüft die Löslichkeit des Niederschlags jeweils in verdünnter Essigsäure und verdünnter Salzsäure. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und erstellen Sie eine chemische Gleichung. Wie lautet der Trivialname des ausgefallenen Produkts? B 3.6 Nachweisreaktion für Calcium Man gibt auf zwei unterschiedliche Stellen eines Objektträgers je einen Tropfen einer mit verdünnter Salzsäure angesäuerten Calciumchloridlösung, versetzt mit je einem Tropfen verdünnter Schwefelsäure und lässt die Proben bei Raumtemperatur langsam eintrocknen. Anschließend wird die Löslichkeit der entstandenen Niederschläge in verdünnter Essigsäure bzw. verdünnter Salzsäure geprüft. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und erstellen Sie eine chemische Gleichung. Wie lautet der Trivialname des ausgefallenen Produkts? B 3.7 Nachweisreaktion für Calcium Man säuert eine Calciumchloridlösung mit verdünnter Essigsäure an, puffert mit Natriumacetat ab und gibt dann etwas Ammoniumoxalatlösung dazu. Dann prüft man die Löslichkeit des entstandenen Niederschlags in verdünnter Essigsäure und verdünnter Salzsäure. Erstellen Sie eine chemische Gleichung. B 3.8 Nachweisreaktion für Strontium Man löst eine Spatelspitze Strontiumchlorid in Wasser, gibt etwas verdünnte Schwefelsäure dazu und erhitzt vorsichtig. Erstellen Sie eine Reaktionsgleichung. 19

20 B 3.9 ABZUG! Man schlämmt etwas Strontiumsulfat in Wasser auf, erwärmt unter kräftigem Schütteln und filtriert die gesättigte Strontiumsulfatlösung ab. Diese klare Lösung gibt man in der Siedehitze zum gleichen Volumen einer mit verdünnter Salzsäure angesäuerten Bariumchloridlösung. Welche Verbindung fällt aus? Wie würde sich eine gesättigte Lösung von Calciumsulfat gegen Sr 2+ bzw. gegen Ba 2+ verhalten? Können Sie eine Aussage zu den Löslichkeitsprodukten der Erdalkalimetallsulfate machen? B 3.10 ABZUG! Nachweisreaktion für Barium Man säuert eine Bariumchloridlösung mit etwas verdünnter Salzsäure an und gibt etwas verdünnte Schwefelsäure dazu. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. B 3.11 ABZUG! Nachweisreaktion für Barium Man säuert eine Bariumchloridlösung mit verdünnter Essigsäure an und puffert mit Ammoniumacetatlösung ab. Dazu gibt man tropfenweise a) Kaliumchromatlösung b) Kaliumdichromatlösung (entsteht beim Ansäuern von Kaliumchromatlösung). Führen Sie die Fällung mit Chromat aus gepufferter Essigsäure/Natriumacetatlösung auch mit Calcium- und Strontiumchloridlösung durch. Formulieren Sie Reaktionsgleichungen. Wozu dient die Zugabe von Acetat? Informieren Sie sich über das Chromat/Dichromat-Gleichgewicht. Wo können Sie diese Reaktion im Trennungsgang nutzen? B 3.12 ABZUG! Vorprobe für Magnesium, Calcium, Strontium, Barium Man führt mit einem Magnesiastäbchen und den Chloriden von a) Magnesium b) Calcium c) Strontium d) Barium Flammenfärbungsexperimente durch. Beobachten Sie die jeweiligen Spektrallinien im Spektroskop. Notieren Sie die Farben der Flammen der Elemente. Warum sollten Sie für diesen Vorversuch die Chloride und nicht z.b. die Sulfate verwenden? B 3.13 Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: (NH 4 ) 2 CO 3 ) Man mischt einige Chloride von Li +, Na +, K + mit Mg 2+, Ca 2+, Sr 2+ oder Ba 2+ und löst die Mischung. Dann versetzt man mit Ammoniumchloridlösung (großen Überschuss vermeiden) und darauf solange mit verdünnter Ammoniaklösung, bis die Lösung danach riecht. Dann fällt man unter Erwärmen tropfenweise mit einem Überschuss einer frisch bereiteten kalt gesättigten Ammoniumcarbonatlösung die schwerlöslichen Carbonate. Zur Überprüfung filtriert man den Niederschlag ab und löst ihn in verdünnter Salzsäure. Man führt mit dem Filtrat und dem gelösten Niederschlag spektralanalytische Untersuchungen durch und weist die enthaltenen Kationen mit den Nachweisreaktionen nach. Welche Ionen befinden sich im Rückstand, welche im Filtrat? Warum muss man einen zu großen Überschuss an Ammoniumchloridlösung vermeiden? Warum muss die Fällung quantitativ sein? 20

21 ANALYSE Teilanalyse 1 B Enthalten sein können folgende Kationen: NH 4 + ; Li + ; Na + ; K + ; Mg 2+ ; Ca 2+ ; Sr 2+ ; Ba 2+ 21

22 Teil C Ammoniumsulfid-Gruppe VORPROBEN C 1 Aluminium C 1.1 Man gibt in drei Reagenzgläser jeweils einige Aluminiumspäne, überschichtet mit a) Wasser b) verdünnter Salzsäure c) verdünnter Natronlauge und erhitzt die Proben zum Sieden. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Welche Verbindungen entstehen und wie verhalten diese sich (Stichwort: Amphoterie)? C 1.2 ABZUG! Vorprobe Nachweisreaktion für Aluminium als Thénards Blau Vorprobe auf Tauglichkeit der Magnesiarinne: Man glüht die Magnesiarinne gut aus, befeuchtet mit einem Tropfen einer sehr verdünnten (!) Cobaltnitratlösung und glüht in der oxidierenden Flamme. Wenn keine Blaufärbung erkennbar ist, ist die Rinne geeignet. Man fällt etwas Aluminiumhydroxid, filtriert, wäscht den Niederschlag gut und trocknet den Feststoff. Man bringt einen kleinen Teil davon auf eine geeignete Magnesiarinne, befeuchtet mit einem Tropfen einer sehr stark verdünnten (!) Cobaltnitratlösung und glüht in der oxidierenden Flamme. Welche chemische Zusammensetzung hat das Reaktionsprodukt? Formulieren Sie Teilgleichungen für die Reaktion. Warum ist die Vorprobe für die Tauglichkeit der Magnesiarinne erforderlich? Wieso kennen Ihre Eltern und Großeltern (eigentlich eher die Omas) das entstehende Produkt? C 1.3 Nachweisreaktion für Aluminium Man gibt in zwei Reagenzgläser jeweils etwas Aluminiumsalzlösung und gibt tropfenweise a) verdünnte Natronlauge b) verdünnte Ammoniaklösung hinzu. Dann prüft man das Verhalten des ausgefallenen Niederschlages gegen einen Überschuss des jeweiligen Fällungsreagenzes. Man bewahrt die Lösung von a) mit dem Überschuss Natronlauge für Versuch C 1.4 auf. Formulieren Sie Reaktionsgleichungen für die Umsetzungen. C 1.4 Nachweisreaktion für Aluminium Man gibt zu der stark alkalischen Lösung aus Versuch C 1.3 festes Ammoniumchlorid und erwärmt gegebenenfalls. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Wo nutzt man diesen Effekt aus? Wie würde sich der Niederschlag gegen verdünnte Salzsäure verhalten? 22

23 C 1.5 Nachweisreaktion für Aluminium Man fällt etwas Aluminiumhydroxid, filtriert und wäscht den Niederschlag solange, bis das Filtrat nicht mehr alkalisch reagiert. Dann befeuchtet man den Niederschlag auf einem Objektträger zunächst mit etwas Phenolphthalein (darf sich nicht rot färben) und anschließend mit einigen Tropfen Ammoniumfluoridlösung. Warum geben Sie zuerst den Indikator und dann NH 4 F zu? Was ist Kryolith? C 2 Chrom C 2.1 ABZUG! Man löst etwas Kaliumchromat in Wasser und säuert mit verdünnter Salzsäure an. Danach gibt man tropfenweise verdünnte Natronlauge zu, bis die Lösung alkalisch ist. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Formulieren Sie die Gleichgewichtsreaktion mit den entsprechenden ph-werten. Was ist eine Isopolysäure? C 2.2 ABZUG! Man säuert eine Kaliumdichromatlösung mit verdünnter Salzsäure an, gibt einige Tropfen Ethanol dazu und riecht VORSICHTIG an dem Gemisch. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung mit Oxidationszahlen. Was würde passieren, wenn Sie statt Ethanol Sulfidlösung in die saure Lösung geben? C 2.3 ABZUG! Vorprobe und Nachweisreaktion für Chrom(III) Man vermischt etwas Chrom(III)-oxid mit der fünffache Menge einer Mischung aus zwei Teilen wasserfreiem Natriumcarbonat und drei Teilen Kaliumnitrat. Einen kleinen Teil davon gibt man auf eine ausgeglühte Magnesiarinne und schmilzt das Gemisch zusammen. Dann lässt man abkühlen und löst den Rückstand gegebenenfalls in Wasser. Erstellen Sie eine chemische Gleichung mit Oxidationszahlen. C 2.4 ABZUG! Nachweisreaktion für Chrom(III) Man versetzt eine Chrom(III)-salzlösung mit einer Mischung aus verdünnter Natronlauge und verdünnter Wasserstoffperoxidlösung. Falls keine Reaktion einsetzt, erwärmt man. Formulieren Sie eine Redoxgleichung. C 2.5 ABZUG! Nachweisreaktion für Chrom(VI) Man säuert eine Kaliumdichromatlösung mit verdünnter Schwefelsäure an und überschichtet mit Diethylether. Dann gibt man VORSICHTIG einige Tropfen einer verdünnten Wasserstoffperoxidlösung dazu, schüttelt die Probe und beobachtet einige Zeit. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Welches Produkt bildet sich, wenn das instabile Zwischenprodukt zerfällt? 23

24 C 2.6 ABZUG! Nachweisreaktion für Chrom Man säuert eine Bariumchloridlösung mit verdünnter Essigsäure an und puffert mit Natriumacetatlösung ab. Dazu gibt man tropfenweise a) Kaliumchromatlösung b) Kaliumdichromatlösung und beobachtet eine Zeit lang. Erstellen Sie Reaktionsgleichungen für a) und b). Wozu dient die Zugabe der Acetationen? Wo nutzen Sie diese Reaktion im Trennungsgang? C 3 Mangan C 3.1 Man gibt zu einer Mangan(II)-sulfatlösung a) verdünnte Natronlauge b) verdünnte Ammoniaklösung c) verdünnte Natronlauge und verdünnte Wasserstoffperoxidlösung und schüttelt die Proben gut. Welchen Einfluss hat das Wasserstoffperoxid bei Versuch c)? Welche Oxidationsstufen hat Mangan bei diesen Versuchen? In welchen Oxidationsstufen kann Mangan vorliegen? Was wissen Sie über Oxidationsstufen und Farben bei Mangan? C 3.2 Man gibt zu einer Mangan(II)-sulfatlösung a) Natriumcarbonat b) Ammoniumcarbonat und schüttelt die Proben gut. Woraus besteht der Niederschlag bei a) und b)? Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen. C 3.3 ABZUG! Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: (NH 4 ) 2 S) Man puffert eine ammoniakalische Mangan(II)-sulfatlösung mit festem Ammoniumchlorid ab und gibt etwas Ammoniumsulfidlösung zu. Anschließend prüft man den entstandenen Niederschlag auf seine Löslichkeit in a) verdünnter Salzsäure b) verdünnter Essigsäure. Könnten Sie die Fällung auch in saurer Lösung durchführen? Welche anderen Elemente gehören noch in die Ammoniumsulfid-Gruppe? 24

25 C 3.4 ABZUG! Vorprobe und Nachweisreaktion für Mangan(II) Man verreibt in einem Mörser sehr wenig (1-2 Krümel) Mangan(II)-sulfat feinst mit einem großen Überschuss eines Gemisches aus Natriumcarbonat und Kaliumnitrat (1:1) (Oxidationsschmelze). Dann schmilzt man einen kleinen Teil dieser Mischung auf einer Magnesiarinne. Nach dem Erkalten löst man die Schmelze auf einem Uhrglas in wenig Wasser und säuert mit verdünnter Essigsäure an. Formulieren Sie die Reaktion in Teilgleichungen. Ergänzen Sie die Oxidationszahlen. Um welchen Reaktionstyp handelt es sich, wenn angesäuert wird? Welche anderen Verbindungen können Sie durch die Oxidationsschmelze aufschließen bzw. nachweisen? C 3.5 ABZUG! Nachweisreaktion für Mangan(II) Zu etwas konzentrierter Salpetersäure gibt man einige Tropfen Mangan(II)-sulfatlösung und eine Spatelspitze braun-schwarzes Bleidioxid (manganfrei! Blindprobe ist erforderlich). Dann kocht man die Mischung einige Minuten, verdünnt 1:1 mit Wasser und filtriert die Probe. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Könnten Sie anstelle der Salpetersäure auch Schwefelsäure oder Salzsäure benutzen? Welche Ionen können diesen Nachweis stören? C 3.6 ABZUG! Nachweisreaktion für Mangan(VII) Eine mit verdünnter Schwefelsäure angesäuerte, sehr verdünnte Kaliumpermanganatlösung (nur schwach rosa) versetzt man mit a) Eisen(II)-sulfatlösung b) Kaliumiodidlösung c) verdünnter Wasserstoffperoxidlösung d) Oxalsäure e) Ethanol und beobachtet einige Zeit. Falls keine Reaktion erkennbar ist, erhitzt man vorsichtig. Welche Gemeinsamkeiten gibt es bei all diesen Reaktionen? Formulieren Sie für alle Reaktionen die zugehörigen Redoxgleichungen. Wie könnten Sie die Reaktionsprodukte bei Versuch b), c), d) und e) nachweisen? C 4 Eisen C 4.1 Man versetzt eine verdünnte Eisen(II)-sulfatlösung mit etwas verdünnter Natronlauge. Man bewahrt die Lösung für Versuch C 4.2 auf. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Das entstandene Produkt sollte rein weiß sein, falls Ihr Produkt das nicht ist, warum nicht? Könnten Sie diese Reaktion analog auch mit Mohrschem Salz durchführen? C 4.2 Zu der Lösung aus Versuch C 4.1 gibt man etwas festes Kaliumnitrat, erwärmt vorsichtig und prüft den ph-wert des entstehenden Gases. Welche Reaktionsprodukte sind bei der Umsetzung entstanden? Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. 25

26 C 4.3 ABZUG! Man säuert eine Eisen(II)-sulfatlösung mit verdünnter Schwefelsäure an und versetzt mit einigen Tropfen konzentrierter Salpetersäure. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie eine Redoxgleichung. Was würde passieren, wenn man schwächere Oxidationsmittel benutzt? Woher kennen Sie diesen Versuch? C 4.4 Man versetzt eine Eisen(III)-chloridlösung mit einigen Körnchen Kaliumiodid. Formulieren Sie eine Redoxgleichung. Wie können Sie das oxidierte Produkt nachweisen? Läuft die Reaktion vollständig ab? Wenn nein, wie könnte man das erreichen? C 4.5 Man versetzt eine Eisen(III)-chloridlösung mit a) verdünnter Natronlauge b) verdünnter Ammoniaklösung. Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen. Woher kennen Sie die Produkte bereits? C 4.6 ABZUG! Man macht eine Eisen(III)-chloridlösung ammoniakalisch, versetzt mit Ammoniumsulfidlösung und prüft die Löslichkeit des entstandenen Niederschlags in verdünnter Salzsäure. Formulieren Sie die Reaktionen in Teilgleichungen. Warum müssen Sie bei dieser Reaktion im Abzug arbeiten? C 4.7 ABZUG! Nachweisreaktion für Eisen(III) Man säuert eine sehr verdünnte Eisen(III)-chloridlösung mit verdünnter Salzsäure schwach an und gibt etwas Ammoniumthiocyanatlösung zu (Blindprobe ist erforderlich). Warum verdünnen Sie die Eisenlösung so sehr? C 5 Cobalt, Nickel C 5.1 ABZUG! Vorprobe Man prüft die Färbung von Cobalt(II)-sulfat und Nickel(II)-sulfat mit der Phosphorsalzperle. Welche Färbungen können Sie erkennen? Welche Färbung ist charakteristisch? Warum müssen Sie bei dieser Vorprobe im Abzug arbeiten? C 5.2 ABZUG! Man gibt verdünnte Natronlauge erst tropfenweise und dann im Überschuss zu einer a) Cobalt(II)-sulfatlösung b) Nickel(II)-sulfatlösung und prüft anschließend das Verhalten in Bromwasser. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie chemische Gleichungen. Was würden Sie erwarten, wenn Sie das Verhalten gegen Wasserstoffperoxid statt gegen Bromwasser prüfen? Was wissen Sie über die Oxidationsstufen von Cobalt und Nickel? 26

27 C 5.3 ABZUG! Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: (NH 4 ) 2 S) Man puffert ammoniakalische Lösungen von a) Cobalt(II)-sulfat b) Nickel(II)-sulfat mit festem Ammoniumchlorid ab und gibt Ammoniumsulfidlösung dazu. Dann prüft man die Löslichkeit der entstandenen Niederschläge in a) verdünnter Salzsäure b) verdünnter Essigsäure, die man mit einigen Tropfen 30 prozentiger Wasserstoffperoxidlösung versetzt. Was unterscheidet Nickel und Cobalt bei dieser Reaktion von den Sulfiden der anderen Elemente der Ammoniumsulfid-Gruppe? C 5.4 ABZUG! Nachweisreaktion für Cobalt Man säuert eine konzentrierte Cobalt(II)-sulfatlösung mit verdünnter Salzsäure an und gibt eine relativ konzentrierte Kalium- oder Ammoniumthiocyanatlösung zu, überschichtet mit Diethylether und schüttelt gut. Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Welche Verbindung entsteht in saurer Lösung? Welches Ion stört diesen Nachweis? C 5.5 ABZUG! Nachweisreaktion für Cobalt Man säuert etwas Cobalt(II)-sulfatlösung mit verdünnter Essigsäure schwach an, puffert mit Ammoniumacetatlösung ab und gibt drei Tropfen dieser Lösung auf einen Objektträger. Dazu gibt man 2 Tropfen Natriumnitritlösung. Ein Tropfen Ethanol erhöht die Empfindlichkeit der Reaktion. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. C 5.6 ABZUG! Nachweisreaktion für Nickel Man puffert eine essigsaure Nickel(II)-sulfatlösung mit Natriumacetat ab und versetzt sie mit alkoholischer Diacetyldioximlösung. Welche tautomeren Formen hat Diacetyldioxim? Zu welcher Substanzklasse gehört das entstehende Produkt? Formulieren Sie eine Grenzstruktur. Was stört diesen Nachweis? Würde diese Reaktion auch in ammoniakalischer Lösung ablaufen? C 6 Zink C 6.1 ABZUG! Fällungsreaktion für Zink im Trennungsgang (Gruppenreagenz: (NH 4 ) 2 S) Man puffert eine ammoniakalische Zinksulfatlösung mit festem Ammoniumchlorid ab und gibt Ammoniumsulfidlösung dazu. Dann prüft man mit einem Teil des entstandenen Niederschlags die Löslichkeit in halbkonzentrierter Salzsäure. Den anderen Teil des Niederschlags trocknet man und bewahrt ihn für Versuch C 6.2 auf. Welche anderen Elemente gehören noch in die Ammoniumsulfid-Gruppe? Wie trennen Sie diese voneinander? 27

28 C 6.2 ABZUG! Nachweisreaktion für Zink Man gibt etwas Zinksulfid aus Versuch C 6.1 auf eine Magnesiarinne und glüht nach Zugabe eines Tropfens einer sehr stark verdünnten (!) Cobaltnitratlösung in der Oxidationsflamme. Wie lautet der historische Name dieser Nachweisreaktion? Zu welcher Verbindungsklasse gehört das Produkt? Welches andere Element hat eine ähnliche Nachweisreaktion? Warum ist es so wichtig, einen Überschuss an Cobaltsalz zu vermeiden? ANALYSE Teilanalyse 1 C Enthalten sein können folgende Kationen: Al 3+ ; Cr 3+ ; Mn 2+ ; Fe 2+/3+ ; Co 2+ ; Ni 2+ ; Zn 2+ 28