Untersuche einige Reaktionen von konzentrierter Schwefelsäure auf ihre Gefährlichkeit.

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1 Naturwissenschaften - Chemie - Säuren, Basen, Salze - Säuren (P75700).2 Gefährlichkeiten von konzentrierter Schwefelsäure Experiment von: Phywe Gedruckt: :8:09 intertess (Version 3.06 B200, Export 2000) Aufgabe Aufgabe Welche zusätzlichen Gefahren können von Säuren ausgehen? Untersuche einige Reaktionen von konzentrierter Schwefelsäure auf ihre Gefährlichkeit. Raum für Notizen Wenn Sie als Lehrer angemeldet sind, finden Sie nachstehend eine Schaltfläche für Zusatzinformationen. - -

2 Zusatzinformationen Lernziele Konzentrierte Säure wirkt stark wasserentziehend. Beim Verdünnen von Säuren wird sehr viel Energie in Form von Wärme frei. Hinweise zur Aufbau und Durchführung Vorbereitungen Statt Saccharose eignet sich auch sehr gut Glucose. Auch handelsüblicher Zucker kann verwendet werden, wobei hier die Verkohlungszeiten unterschiedlich ausfallen. Hinweise zu den Schülerversuchen Gehen Sie vor dem Versuch noch einmal die Sicherheitsvorkehrungen durch. Verwenden Sie große weiße Papierbögen, die verschüttete Säure oder Spritzer sofort erkennen lassen. H- und P- Sätze Schwefelsäure: H34: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H290: Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P30 + P330 + P33:BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeiführen. P309: P30: BEI Exposition oder Unwohlsein: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen. P305 + P35 + P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen

3 Gefahren Konzentrierte Säuren und Laugen wirken sehr stark ätzend! Unbedingt Schutzbrille und Schutzhandschuhe tragen! Spritzen auf Haut und Kleidung sofort mit viel Wasser auswaschen! Verschüttete Säure oder Lauge mit Wasser verdünnen und mit einem feuchten Lappen aufnehmen Bei der Reaktion von Schwefelsäure mit Wasser entstehen übelriechende und gesundheitsschädliche Gase. Nicht einatmen! Versuchsteil unter dem Abzug durchführen! Hinweise Die Werte in Tabelle sind Beispielwerte, die nur bei der Verwendung von unverdünnter Schwefelsäure erreicht werden. Die Abspaltung von Wasser aus Kohlenhydraten erfolgt im Prinzip als protonenkatalysierter Eliminierungsprozess, also nicht als Entzug von (in dieser Form auch nicht vorhanden) Wassermolekülen. Formal allerdings entspricht der Vorgang einer Dehydratisierung der Kohlenhydrate: C m (H 2 O) n + H 2 SO 4(l) mc + H 2 SO 4(aq) Methodische Bemerkungen Sollte den Schülern der Aufbau der Kohlenhydrate (formal) aus Kohlenstoff und Wasser (z.b. aus dem Biologieunterricht) nicht bekannt sein, so muss dies als Lehrerinformation zur Deutung des Versuchsergebnisses den Schülerinnen und Schülern im Unterrichtsgespräch vorgegeben werden. Versuchsteil 2 ist in gruppenteiligem Arbeiten auch mit verschiedenen Säuren (z.b. Salzsäure) durchführbar. Hierbei kann gezeigt werden, dass bei der Verdünnung aller Säuren Energie frei wird, wenn auch in unterschiedlichem Maße. Entsorgung Die Säuren aus Versuchsteil 2 können als verdünnte Schwefelsäure verwendet werden oder in den Sammelbehälter für Säuren und Laugen gegeben werden. Der verkohlte Zucker kann nach längerem Wässern (mindestens 24 Stunden) und nach Trocknen als Kohlenstoff verwendet werden

4 Material Material Material von "TESS Chemie Set Säuren / Basen / Salze" (Bestellnummer ) Position Material Schutzbrille, farblose Scheiben Bestellnr Menge 2 Gummihandschuhe, Grösse M (8) Becherglas DURAN, niedrige Form, 250 ml Becherglas DURAN, hohe Form, 50ml Digitale Stoppuhr, 24 h, /00 s & s Wanne, mm, Kunststoff Pulverspatel, Stahl, l = 50 mm Schülerthermometer, C, l = 80 mm Tropftrichter 50 ml, Tropfspitze, NS Messzylinder (PP), hohe Form, 50 ml Stativfuß, variabel Doppelmuffe Universalklemme, Stellschraube an beweglicher Seite Stativstange Edelstahl 8/8, l = 400 mm, d = 0 mm Chemikalien, Hilfsmaterial Position Material D(+)-Saccharosa, reinst 00 g Bestellnr Menge Schwefelsäure, 95-98%, 000 ml Ammoniak-Lösung, 25%, 000 ml Aufwischtuch Papierbogen (weiß) Wasser Material - 4 -

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6 Aufbau Aufbau Gefahren! Konzentrierte Säuren und Laugen wirken sehr stark ätzend! Unbedingt Schutzbrille und Schutzhandschuhe tragen! Spritzen auf Haut und Kleidung sofort mit viel Wasser auswaschen! Verschüttete Säure oder Lauge mit Wasser verdünnen und mit einem feuchten Lappen aufnehmen! Bei der Reaktion von Schwefelsäure mit Wasser entstehen übelriechende und gesundheitsschädliche Gase. Nicht einatmen! Versuchsteil unter dem Abzug durchführen! Aufbau Decke den Arbeitsplatz mit einem weißen Papierbogen vollständig ab. Lege hierauf die benötigten Arbeitsgeräte und Chemikalien. Baue das Stativ nach Abb. bis 4 auf. Abb. Abb. 2 Abb. 3 Abb

7 Spanne den Tropftrichter in die Universalklemme ein (Abb. 5), schließe den Hahn (Abb. 6) und fülle den Tropftrichter mit 0 ml konzentrierter Schwefelsäure (Abb. 7). Abb. 5 Abb. 6 Abb. 7 Lege das Aufwischtuch griffbereit in die Wasser gefüllte Wanne (Abb ). Abb. 8 Abb

8 Durchführung Durchführung Ablauf Gib in das kleine Becherglas 5 Löffel Rohrzucker (Abb. 0). Gieße langsam und vorsichtig 0 ml konzentrierte Schwefelsäure auf Zucker (Abb. ) und achte dabei darauf, dass dieser möglichst auf dem Boden des Becherglases verbleibt. Abb. 0 Abb. Fülle das große Becherglas zur Hälfte mit Wasser (Abb. 2), ermittle dessen Ausgangstemperatur (Abb. 3) und trage sie in die Tabelle ein. Stelle das Becherglas unter die Ausflussöffnung des Tropftrichters (Abb. 4) und öffne dann den Hahn soweit, dass die konzentrierte Schwefelsäure tropfenweise in das Wasser gelangt (Abb. 5). Messe alle 30 Sekunden die Temperatur, bis die gesamte Schwefelsäure in das Wasser ausgeflossen ist. Trage die Werte ebenfalls in die Tabelle ein. Abb. 2 Abb. 3 Abb. 4 Abb

9 Entsorgung Zucker aus Versuchsteil zur Entsorgung im Abzug stehen lassen. Säure aus Versuchsteil 2 in den Sammelbehälter für Säuren und Laugen geben

10 Auswertung Auswertung Frage : Notiere deine Beobachtungen in allgemeiner Form. Versuchsteil : Versuchsteil 2: Versuchsteil : Nach Zugabe der Schwefelsäure zum Zucker färbt sich dieser braun. Nach kurzer Zeit steigen Dämpfe auf, der Zucker verfärbt sich unter starker Wärmeentwicklung schwarz. Die Masse steigt im Reagenzglas hoch und wird sehr porös. Versuchsteil 2: Nach Zugabe der Säure steigt die Temperatur sehr stark an, sie nähert sich fast dem Siedepunkt des Wassers. Frage 2: Trage die gemessenen Werte in die Tabelle ein

11 Tabelle Zeit (sec) Temperatur ( C) Tabelle a Zeit (sec) Temperatur ( C) - -

12 Fragen und Aufgaben Fragen und Aufgaben Frage : Ziehe die Schlussfolgerungen aus den Beobachtungen. Konzentrierte Schwefelsäure zersetzt Zucker ähnlich wie Holz, d.h. sie reagiert mit Kohlenhydraten in ähnlicher Weise. Hierbei wird unter starker Wärmeentwicklung Wasser ausgespalten, das teilweise verdampft und dabei den entstehenden Kohlenstoff nach oben treibt und porös werden lässt. Bei der Zugabe von Säure zu Wasser, also beim Verdünnen, wird sehr viel Energie in Form von Wärme frei. Frage 2: Welche zusätzlichen Schutzmaßnahmen ergeben sich daraus für das Arbeiten mit konzentrierten Säuren? - 2 -

13 Bei Reaktionen konzentrierter Säuren, insbesondere von Schwefelsäure, oder beim Verdünnen mit Wasser wird sehr viel Energie frei. Hierbei kann Wasserdampf entstehen, der auch Säurepartikel enthält. Bei solchen Versuchen müssen - neben den herkömmlichen Schutzmaßnahmen - insbesondere die Augen gegen Wasserdampf und Säurespritzer geschützt werden. Frage 3: Erläutere, warum bei Verdünnen von Säuren nie Wasser in die konzentrierten Säuren gegeben werden darf, sondern immer nur Säuren dem Wasser zugesetzt werden dürfen. Da bei Verdünnen von Säuren Energie frei wird, würde sich ein den Säuren zugesetzter Wassertropfen so stark erhitzen, dass er verdampft. Die dabei entstehenden Wasserspritzer reißen auch Säureteilchen mit, die beim Auftreffen auf die Augen zum Erblinden führen können. Wird Wasser ein Säuretropfen zugegeben, so wird nur wenig Energie frei, die zum Verdampfen des Wassers nicht ausreicht