Ablauf des Praktikums Demoexperimente, Gruppenexperimente, chemisches Rechnen Nach jeder Übung ist ein Protokoll zu fertigen und zum nächsten Übungstermin abzugeben!! Das Protokoll ist handschriftlich und in Einzelarbeit anzufertigen! Übungsprotokoll für Demo- und Gruppenexperimente: Experimentator / Ort / Zeit Name des Experiments / Lehrziel Geräte / Chemikalien Durchführung Beobachtung Auswertung / Ergebnisse / Diskussion / Abweichungen vom Sollwert Bunsenbrenner http://www.seilnacht.com/chemie/brenner.htm# Quelle: http://www.seilnacht.com/chemie/brenner.htm, http://de.wikipedia.org/wiki/gaskartusche 1
Brennertemperaturen http://www.experimentalchemie.de/03-a-10.htm Demoexperiment 1 Flammenfärbung Bunsenbrenner, Gasanzünder, Magnesiastäbchen, Uhrglas Chemikalien: Salzsäure (HCl) Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Kupferchlorid (CuCl 2 ), Bariumchlorid (BaCl 2 ), Calciumchlorid (CaCl 2 ), Magnesiumchlorid (MgCl 2 ) Durchführung: HCl auf das Uhrglas geben, Magnesiastäbchen ausglühen heißes Magnesiastäbchen in Salzsäure tauchen, anschließend feuchtes, heißes Magnesiastäbchen in eines der Salze tauchen, Stächen mit dem Salz in die nichtleuchtende Flamme des Bunsenbrenners halten und die spezifische Flammfärbung notieren spezifische Flammenfärbung: Calcium Barium Kupfer Kalium Natrium Magnesium Ergänzungen: Erstellen Sie eine Tabelle mit den physikalischen Eigenschaften der verwendeten Elemente! Beschreiben Sie die Temperaturzonen im Bunsenbrenner! Entsorgung: Magnesiastäbchen: Abfall, Säure: Behälter I 2
Chemische Reaktionen Chemische Umwandlung von Elementen oder Verbindungen Die Umwandlung hat einen spezifischen Mechanismus Sie kann in Teilschritten dargestellt werden Die Reaktion wird durch eine Reaktionsgleichung beschrieben: Ausgangsstoffe (Edukte) Endstoffe (Produkte) Folge der Reaktion ist die Änderung von chemischen Eigenschaften Begleitet wird die chemische Reaktion von Energieumwandlungen, die z.t. als sog. Wärmetönungen auftreten können Damit eine Reaktion stattfindet, muss eine Aktivierungsenergie überwunden werden. Exotherme Reaktionen Die Endprodukte sind energieärmer als die Ausgangsstoffe (Edukte) Es wird Energie freigesetzt E Aktivierungsenergie - H t 3
Endotherme Reaktion Die Endprodukte sind energiereicher als die Ausgangsstoffe (Edukte) Es wird Energie verbraucht E Aktivierungsenergie + H t Demoexperiment 2 Reaktion von Aluminium mit Brom Reagenzglas (Duran), Stativ mit Klemme, Trichter, Schüssel mit Löschsand, Bunsenbrenner, Schutzscheibe, Schutzbrille, Schutzhandschuhe, Pinzette Chemikalien: Brom, Aluminiumfolie Durchführung: Ein Reagenzglas wird in ein Stativ über einer Schüssel mit Löschsand senkrecht eingespannt und vorsichtig ca. 1 cm bis 1,5 cm hoch mit Brom befüllt (Trichter verwenden). Nun ein kleines Stück Aluminiumfolie auf ein erbsengroßes Kügelchen zusammendrücken und mit einer Pinzette ins Reagenzglas geben. Abzug sofort schließen! Nach 5 sec. bis 10 sec. beginnt die heftige Reaktion. Unter Feuerschein und Rauchentwicklung verbrennt das Al-Kügelchen, während es auf der Bromoberfläche hin und her tanzt. Der Versuch kann solange mit neuem Aluminium wiederholt werden, bis das restliche Brom aufgebraucht ist. Aluminium + Brom Aluminiumbromid Ergänzung: Was versteht man unter (a) einer Redoxreaktion und (b) einer exothermen Reaktion? Was versteht man unter einem Reaktionsumsatz? Was ist ein Salz? Entsorgung: Brom + Natriumthiosulfatlösung (Na 2 S 2 O 3 ) halogenhaltige Chemieabfälle 4
Die Knallgasreaktion exotherm, explosionsartig (Verbrennung /Oxidation). 2 H 2 + O 2 H 2 O + 48,5 kj stark verzweigte Kettenreaktion (Kettenverzweigungsexplosion) H 2 Energie H. + H. H. +O 2 OH. + O. O. + H 2 OH. + H. OH. + H 2 H 2 O + H. u.a. Als Nebenreaktion entsteht auch Wasserstoffperoxid Quelle: Römpp Chemie Lexikon Demoexperiment 3 Darstellung von Wasserstoff & Knallgasreaktion KIPP scher Apparat, 2 gebohrte Stopfen, Reagenzgläser, Glasrohr winkelig, Feuerzeug Chemikalien: Zink, Zn, Granulat, Verdünnte (1:10) Schwefelsäure, H 2 SO 4 Kupfer(II)-sulfat-5-Hydrat, CuSO 4 5H 2 O Durchführung: einige Gramm des Zinks werden in den KIPP schen Apparat gegeben, etwas Kupfersulfat zugeben, Tropftrichter und Winkelrohr in die Stopfen einsetzen, Schwefelsäure in den Tropftrichter geben, Schwefelsäure langsam zutropfen lassen, Reagenzglas auf Winkelrohr, Hahn nach einigen Minuten öffnen, nach einer Weile Flamme mit Feuerzeug an Reagenzglas halten Beobachtungen: Ergänzung: Wann entsteht eine Knallgasexplosion? Wie funktionierte das Platin-Feuerzeug? Entsorgung: Behälter 1 5
Demoexperiment 4 Reaktion von Natrium mit Wasser 1 Glasschale, 1 Messer Chemikalien: 1 kleines Stück Na, Phenolphtalein, Wasser Durchführung: Na in Glasschale mit Wasser und Phenolphtalein werfen Ergänzung: Entsorgung: Wie wird elementares Na aufbewahrt? Gefahren? Was versteht man unter einer Lauge bzw. alkalischen Lösung? Was versteht man unter dem ph-wert? Abfluß Schwefel Wo befindet sich Schwefel im Periodensystem? Was für ein Element ist Schwefel? Was für Bindungen liegen im Schwefel vor? Was für ein Festkörper ist Schwefel? 6
Demoexperiment 5 Erhitzen von Schwefel Chemikalien: Durchführung: Reagenzglas, Reagenzglas-Klammer, Spatel, Brenner, 150 ml Becherglas Schwefelpulver (Schwefelblüte) Becherglas ca. 5 cm hoch mit Wasser füllen, Reagenzglas zu ¼ mit Schwefel füllen, Reagenzglas in die nicht leuchtende Brennerflamme bringen und unter permanentem Schütteln erhitzen. Sobald der Temperaturbereich der 2. flüssigen Modifikation erreicht ist, den flüssigen Schwefel durch umgießen in das Wasser abschrecken, Schwefel herausnehmen und durch auseinanderziehen und die plastischen Eigenschaften demonstrieren. Ergänzung: Was versteht man unter intramolekularen Allotropen beim Schwefel? Entsorgung: Restmüll Demoexperiment 6 Schwarze Banane Becherglas, Spatel Chemikalien: 70 g Zucker + 50 ml konzentrierte Schwefelsäure (96%) Durchführung: zum Zucker im Reagenzglas wird die konzentrierte Schwefelsäure unter Rühren mit einem Spatel zugegeben. Danach beginnt diese langsam mit dem Zucker unter Gasbildung zu reagieren: Ergänzung: Wie kann man Schwefelsäure mit Wasser verdünnen? Entsorgung: Restmüll 7
Demoexperiment 7 Herstellung von Chlor & Bleichwirkung von Chlor Chemikalien: Durchführung: Gasentwicklungsapparat, Gummischlauch, Winkelrohr, Standzylinder, Glasplatte Kaliumpermanganat KMnO4, Salzsäure HCl, Kalilauge KOH Kaliumpermanganat wird in den Kolbengegeben. Ein Tropftrichter mit Salzsäurefüllung wird aufgesetzt. Das Auslassrohr wird in einen Standzylinder getaucht. Standzylinder mit Glasplatte abdecken. Salzsäure langsam zu tropfen lassen.. Farbiges Papier oder Pflanzenblätter in den Standzylinder einbringen. Ergänzung: Was ist Halit? Sicherheitshinweis: Nur im Abzug arbeiten! Entsorgung: Salzsäure : Behälter I Nichtverwendetes Chlorgas wird mit Kalilauge absorbiert: Behälter II Chemikaliensicherheit Sicherheitshinweise beim Arbeiten mit Chlor 8
Demoexperiment 8 Die Chlorknallgasreaktion Plastikbeutel, Blitzlampe Chemikalien: Cl 2, H 2 Durchführung: Eine Mischung aus Chlor und Wasserstoff wird in einen transparenten Plastikbeutel gefüllt und vor einer Blitzlampe positioniert, die dann gezündet wird Ergänzung: Was ist ein Radikal, wie funktioniert die Chlorknallgasreaktion? Sicherheitshinweis: Entsorgung: Quellen: http://www2.uni-siegen.de/~pci/versuche/v51-1.html http://www.chemie-interaktiv.net/downloads.htm Demoexperiment 9 Brennende Stahlwolle (!) 1 Eisenschale, Stahlwolle, 1 Batterie Chemikalien: Durchführung: Stahlwolle locker zupfen, Batterie hineinlegen, Ergänzung: Wie wurde das Feuer im Kernkraftwerk Tschernobyl gelöscht? Welche Probleme traten dabei auf? 9
Gruppenexperiment 1a Säure Base Indikator Versuch Herstellung einer Lackmus Lösung: 0,5 g Lackmus Pulver in 50 ml Ethanol + 50 ml Aqua Dest. lösen Herstellung von Kalkwasser: 2 kleine Spatelspitzen Ca(OH)2 im Becherglas mit 50 ml Aqua Dest. lösen Einige Tropfen Lackmus-Lösung wird in das Becherglas mit Kalkwasser gegeben. Farbe: Herstellung von Salzsäure: 4 große Spatelspitzen Kochsalz + 1 kleine Spatelspitze NaHSO4 in ein Reagenzglas füllen, mit Stopfen verschließen., welcher von von einem gebogenen Glasrohr durchdrungen wird, das mit der langen Seite in einem weiteren Reagenzglas mündet, welches zu einem Viertel mit Agua Dest gefüllt ist, dem einige Tropfen Lackmus Lösung zugesetzt wurden und das mit Watte verschlossen wird. Nach Erhitzen des Feststoffgemisches unter Schwenken in der Bunsenflamme entsteht HCl Gas welches sich im Wasser löst und somit den ph-wert absenkt. Das Reagenzglas mit dem Wasser/HCl Gas Gemisch wird abgezogen. Vermeiden Sie, dass durch Unterdruck im Reagenzglas mit Feststoffgemisch die Lösung hinüber wandert! Farbe der Lösung vor Erhitzen des Feststoffgemisches: Farbe der Lösung nach Erhitzen des Feststoffgemisches: Synthesegleichung: Gruppenexperiment 1a Versuchsaufbau G1 10
Gruppenexperiment 1b ph-wert Messungen Chemikalien: ph-papier Coca-Cola, Haushaltsessig, Kaffee, Seifenwasser, Kartoffelpüree, etc Durchführung: Messen Sie den ph-wert der Substanzen mittels ph-papier! Beobachtungen: in Tabelle zusammenfassen Ergänzung: Was versteht man unter einem ph-wert? Warum sind überwiegend sauer Lebensmittel nicht zu empfehlen? Was versteht man unter saurem Regen? Wodurch wird er verursacht, was sind die Folgen? Gruppenexperiment 3 Molekülbaukasten 1 Strukturen aus der allgemeinen Chemie Bauen Sie mit dem Molekülkasten folgende Moleküle und skizzieren Sie sie: H 2 O, NH 3, (Methan) CH 4, (Ethan)C 2 H 6, (Propan)C 3 H 8, (Butan)C 4 H 10, (Pentan)C 5 H 12, (Hexan)C 6 H 14, (Cyclohexan)C 6 H 12, (Cyclohexen)C 6 H 10, (Cyclohexadien) C 6 H 8 (Benzol) C 6 H 6, CHClBrF und folgende Gitter:: Diamant, Graphit 11
Schreibweisen in der organischen Chemie Gruppenexperiment 4 Molekülbaukasten 2 Strukturen der Zuckermoleküle Bauen Sie mit dem Molekülkasten je ein Traubenzucker - und ein Rohrzuckermolekül -D-Glucose -D-Glucose 12
Gruppenexperiment 5 Zuckernachweis 4 Reagenzgläser, 1 Spatel, 1 Bunsenbrenner Chemikalien: 1 kl. Spatelspitze CuSO 4 x 5 H 2 O, 1 kl. Spatelspitze Zitronensäure 4 kl. Spatelspitzen Natriumcarbonat, Destilliertes Wasser, Zuckerlösung. Traubenzuckerlösung Durchführung: Reagenzglas 1: 1 kl. Spatelspitze CuSO 4 x 5 H 2 O und 1 kl. Spatelspitze Zitronensäure in einem Reagenzglas mit Wasser (Füllhöhe 2cm) Reagenzglas 2: 4 kl. Spatelspitzen Natriumcarbonat in Wasser (Füllhöhe 2cm). Gießen Sie sehr langsam die Reagenzien 1 und 2 ineinander. Reagenzglas 3 bzw. 4: (Zucker- bzw. Traubenzuckerlösung) fügen Sie jeweils das soeben hergestellte Reagenz (1+2) hinzu (Füllhöhe 2 cm). Erhitzen Sie jeweils Reagenzgläser 3 und 4 und achten Sie auf Farbumschläge! Ergänzung: Was für eine Zuckerart ist Haushaltszucker? Entsorgung: Cu-salzhaltige Lösungen separat entsorgen! 13