3.11 Zerlegung von Wasser durch Reduktionsmittel. Aufgabe. Aus welchen Elementen besteht Wasser?

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1 Naturwissenschaften - Chemie - Anorganische Chemie - 3 Wasser, Wasserbestandteile und Wasserreinigung (P755500) 3. Zerlegung von Wasser durch Reduktionsmittel Experiment von: Seb Gedruckt: :42:33 intertess (Version 3.2 B24, Export 2000) Aufgabe Aufgabe Aus welchen Elementen besteht Wasser? Zerlege Wasser mit Hilfe eines Reduktionsmittels. Raum für Notizen Wenn Sie als Lehrer angemeldet sind, finden Sie nachstehend eine Schaltfläche für Zusatzinformationen. - -

2 Zusatzinformationen 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: H40: Sehr giftig für Wasserorganismen, Langzeitwirkung. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. Calcium, gekörnt: H26: In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase. P402 + P404: An einem trockenen Ort lagern. In einem geschlossenen Behälter lagern. Gefahren Gummi-Glas-Verbindungen mit Glycerin gleitend machen. Keine Gewalt anwenden! Während des Versuches bilden sich explosionsfähige Gemische. Schutzbrille tragen! - 2 -

3 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

4 Material Material Material aus "TESS Chemie Set Anorganische Chemie" (Bestellnr ) Position Material Doppelmuffe Bestellnr Menge 2 Universalklemme, Stellschraube an beweglicher Seite Schutzbrille, farblose Scheiben Stativfuß, variabel Reagenzglasbürste, d = 25 mm, l = 270 mm Stativstange Edelstahl, l = 400 mm Spritzflasche, 250 ml, Kunststoff Pulverspatel, Stahl, l = 50 mm Reagenzglasgestell mit 6 Bohrungen, d = 22 mm, Holz Reagenzglas, d = 8 mm, l = 80 mm, 0 Stück (3) 8 Reagenzglashalter bis d = 22 mm Gummistopfen 7/22, Bohrung 7 mm Pipette mit Gummikappe Glasröhrchen mit Spitze, 65 mm, 0 Stück Reagenzglas DURAN, d = 20 mm, l = 80 mm, SB Chemikalien, zusätzliches Material Position Material Bunsenbrenner mit Nadelventil, Erdgas, DIN-Ausführung Bestellnr Menge Sicherheits-Gasschlauch, DVGW Holzspäne, l = 35 cm, d = 3 mm, 200 Stück () Calcium, gekörnt, 50 g Glycerin, 99%, 250 ml Normensand II, grob, 2500 g Zink, Pulver, 00 g Stahlwolle (Eisen), fein, 200 g destilliertes Wasser Für das Experiment benötigte Materialien - 4 -

5 - 5 -

6 Aufbau 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. - Abb. 4 auf. Spanne das Duran-Reagenzglas senkrecht in die Klemme ein (Abb. 5). Abb. Abb. 2 Abb. 3 Abb

7 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. 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. 0). Drehe in das Ende des Glasröhrchens mit Spitze ein wenig Eisenwolle (Abb. ), drehe dieses dann in den Gummistopfen (mit Glycerin gleitend machen) (Abb. 2) und verschließe mit dem Stopfen das Reagenzglas (Abb. 3). Abb. 8 Abb

8 Abb. 0 Abb. Abb. 2 Abb

9 Durchführung Durchführung Ablauf Erwärme mit kleiner Flamme das Zinkpulver, erhitze dann ca. Minute kräftig (Abb. 4). Stülpe ein Reagenzglas über die Düse des Glasröhrchens mit Spitze (Abb. 5) und erhitze den feuchten Sand (Abb. 6). Reguliere die Brennerflamme so, dass ein gleichmäßiger und nicht zu starker Wasserdampfstrom erzeugt wird. Abb. 4 Abb. 5 Abb. 6 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. 7)

10 Abb. 7 Lösche die Brennerflamme, lasse die Apparatur abkühlen und baue sie ab. Spanne dann das zweite Duranglas senkrecht am Stativ ein (Abb. 8). Fülle dieses mit einem Spatel Calciumspäne (Abb. 9) und gib hierauf etwa 3 cm hoch Sand (Abb. 20). Abb. 8 Abb. 9 Abb. 20 Befeuchte mit der Pipette den Sand von oben (Abb. 2) 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. 2 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 Auswertung Auswertung Frage : Notiere deine Beobachtungen. Experiment : Experiment 2: Experiment : Das Zinkpulver glüht auf und verfärbt sich, sobald Wasserdampf darüber gelangt. Im Reagenzglas sammelt sich ein farbloses, explosives Gas (Knallgasprobe), das nach Entzünden an der Düse ruhig verbrennt. Das Zinkpulver hat sich nach Beendigung der Reaktion weiß verfärbt. Experiment 2: Sobald das Wasser aus dem Sand das Calcium erreicht reagiert dieses heftig. Auch hier bildet sich ein explosives Gas (Knallgasprobe), das nach Entzünden an der Düse brennt. In dem über die Flamme gehaltenen Reagenzglas kondensieren wässrige Tröpfchen

13 Fragen und Aufgaben Fragen und Aufgaben Frage : Ziehe die Schlussfolgerungen aus beiden Versuchsteilen. Gib in einer Wortgleichung die abgelaufenen Vorgänge wieder. Bei dem sich bildenden Gas handelt es sich um Wasserstoff (Knallgasprobe). Wasser ist ein Oxid, Zink und Calcium reduzieren es bei diesem Versuch. Da hierbei Wasserstoff entsteht, muss Wasser also Wasserstoffoxid sein. Dies folgt auch aus der Verbrennung von Wasserstoff, bei der wieder Wasser entsteht. Zink + Wasser Zinkoxid + Wasserstoff Calcium + Wasser Calciumoxid + Wasserstoff Frage 2: Nenne die Eigenschaften des entstandenen Stoffes, die sich aus dem Versuch ergeben

14 Wasserstoff ist ein farbloses, brennbares und in bestimmten Mischungsverhältnissen explosives Gas, dessen Dichte geringer als die von Luft ist, da es aus einem Gefäß. dessen Öffnung sich auf der Unterseite befindet, nicht entweicht. Frage 3: Erläutere anhand des Versuches die Begriffe Reduktionsmittel, Oxidationsmittel. Nenne den reduzierten bzw. oxidierten Stoff. Reduktionsmittel sind Stoffe, die ein Oxid wieder in ihr Element zurückverwandeln. Diese Rolle übernehmen bei diesem Versuch Zink und Calcium, die Wasser (Wasserstoffoxid) zum Element Wasserstoff reduzieren

15 Ein Oxidationsmittel oxidiert andere Stoffe. Bei diesem Versuch werden Zink und Calcium durch Wasser zu Zinkoxid und Calciumoxid oxidiert. Wasser (Wasserstoffoxid) wird zu Wasserstoff reduziert. Zink und Calcium werden zu Zinkoxid und calciumoxid oxidiert. Frage 4: Welche anderen Stoffe ließen sich hier noch als Reduktionsmittel verwenden (Begründung)? Als Reduktionsmittel sind Stoffe geeignet, die sich gut mit Sauerstoff verbinden. Da Wasserstoff selbst heftig mit Sauerstoff reagiert sind also für die Reduktion des Wassers nur starke Reduktionsmittel geeignet. Zu diesen gehören z.b. sehr unedle Metalle wie das verwendete Calcium oder Natrium

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