Chemie-Lexikon/Stöchiometrie - Satz von Avogadro/Den Satz von Avogadro theoretisch entdecken und Chemie/Sammlung von Experimenten/Reaktion von Kupfer mit Schwefel: Unterschied zwischen den Seiten

Aus ZUM-Unterrichten
< Chemie-Lexikon‎ | Stöchiometrie - Satz von Avogadro(Unterschied zwischen Seiten)
 
K (Bot: Ergänze Kategorie Chemie)
 
Zeile 1: Zeile 1:
{{SORTIERUNG:{{SUBPAGENAME}}}}{{Sicherheitsinfo|AnweisungLesen‎|Schutzbrille|GHSReizend|GHSÄtzend|GHSGiftig}}
__NOTOC__


Da wir ja inzwischen wissen, wie die Masse von den verschiedenen Atomen ist, können wir über die Dichte die Anzahl der Teilchen in einer Gasportion berechnen.  
== Sicherheitsinformationen ==
[[Datei:Sulfur-burning-at-night.png|mini|Brennender Schwefel - es entsteht Schwefeldoixd]]Wie üblich gilt bei der Verwendung des Bunsenbrenners entsprechende Schutzmaßnahmen zu ergreifen, vorsichtig mit dem Bunsenbrenner umzugehen und nicht mit den Flammen allgemein (auch Streichhölzer) zu spielen.


<u>Genauer:</u> '''Es soll bestimmt werden, wieviele Teilchen in in einem Liter eines Gases enthalten ist.'''
Bei Erhitzen des Schwefels kann durch Verbrennung ein Stoff ('''Schwefeldioxid''') entstehen, der ungesund ist - abgesehen von dem unangenehmen Geruch. Um das zu verhindern und auch, dass wir keinen Schwefeldampf einatmen, wird das Reagenzglas mit einem Luftballon verschlossen.


Dies soll hier am Beispiel von Helium gezeigt werden. Dabei gehen wie folgendermaßen vor:
'''Für den Fall das das Reagenzglas aufplatzt, etwa weil dauerhaft nur an einer Stelle erhitzt wird, sollte das Stativ mit dem kaputten Reagenzglas umgehend in den Abzug gestellt werden.''' Dort kann man dann das Reagenzglas entfernen und abkühlen lassen.


=== 1. Schritt: Berechne die Masse von 1 Liter des Gases===
== Materialien ==
Dazu nutzen wir die Formel der Dichte <math>Dichte = \frac{Masse}{Volumen}</math> bzw. mit Symbolen <math>\rho = \frac{m}{V}</math>, die wir nach der '''Masse m''' umformen <math>m = \rho \cdot V</math>. Die Dichte  von Helium lässt sich aus Tabellen ablesen, man findet sie bei Wikipedia oder in Chemie-Schulbüchern üblicherweise hinten in einer Tabelle mit Eigenschaften der Elemente.
* Stativstange, Stativfuß, Doppelmuffe, Stativklammer
* Reagenzglas
* Luftballon
* Schwefelpulver
* ein Stückchen Kufperblech, zu einem Dach gefaltet
* Bunsenbrenner und Zündquelle (Streichhölzer, Feuerzeug, Gasanzünder, ...)
* Pinzette
* Holzstab (''als Hilfsmittel, um das Kupferblech richtig zu platzieren - nicht immer notwendig'')


{{Box|Berechnung der Masse von 1 l Helium|2=
== Durchführung ==
<math>\rho(He)= 0,1785\;kg/m^3</math>, dann ist <math>m(1 l\;Helium)=\rho(He) \cdot V(He)\;=\;0,1785\;kg/m^3 \cdot 1\;l</math>.
'''Teil 1: Durchführung des Experimentes'''


Die Einheit ''kg/m<sup>3</sup>'' entspricht ''g/l'' ''(''man kürzt mit 1000!'')
[[Datei:Kupfer-und-Schwefel-Versuchsaufbau.svg|right|400px]]Entsprechend der Darstellung, wird das Stativ mit dem Reagenzglas vorbereitet. Das Reagenzglas sollte ganz oben am Bördelrand befestigt werden. Es sollte auch nur wenig schräg eingespannt werden, denn wenn es zu schräg ist, rutscht das Kupferblech in den Schwefel, was aber nicht gewünscht ist.
 
Nachdem Schwefel und Kupferblech richtig platziert sind, wird das Reagenzglas mit dem Luftballon verschlossen. Achtet darauf, das der Luftballon keine sichtbaren Löcher hat und sicher über dem Bördelrand sitzt und dicht abschließt.


{{Box|ZUR ERINNERUNG|2=
Dann kann der Bunsenbrenner angezündet werden.
1 kg = 1000 g und 1 m³ = 1000 dm³ = 1000 l)|3=Hervorhebung1}}


... und deshalb kann man rechnen: <math>m(1 l\;Helium)=\;0,1785\;kg/m^3 \cdot 1\;l=0,1785\;g</math>|3=Lösung}}
Zunächst wird das Kupferblech intensiv erhitzt. Achtet auf den richtigen Abstand des Bunsenbrenners zum Reagenzglas, so dass die heißeste Stelle der Flamme auch richtig wirken kann. '''Stellt den Bunsenbrenner aber nicht einfach unter das Reagenzglas, denn sonst kann damit das Glas durchgeschmolzen werden!'''


=== 2. Schritt: Berechnung der Anzahl der Teilchen ===
Nach etwa einer Minute kann dann der Schwefel erhitzt werden, bis er gasförmig wird (man sieht die Dämpfe). Sobald die Schwefeldämpfe des Kupferblech erreichen kann man wieder das Kupferblech für kurze Zeit erhitzen. Dann sollten immer abwechselnd Schwefel und Kupfer erhitzt werden, bis man am Kupferblech beobachten kann, dass es zu Glühen anfängt.
Dann berechnet man, wieviele Teilchen enthalten sind, denn man weiß ja was ein Teilchen wiegt. <math>N(He\;Atome) = \frac{m(Helium-Portion)}{m(1\; He-Atom)}</math>
Dann reicht es, ein wenig den Schwefel zu erhitzen, um genügend Schwefeldampf zum Kupferblech zu "bringen".


{{Box|Berechnung der Anzahl der Teilchen|2=
Wenn das Glühen einmal durch das Kupferblech "durchgelaufen" ist kann man den Bunsenbrenner abschalten (''Reihenfolge beachten!'').
<math>N(He\;Atome) = \frac{m(Helium-Portion)}{m(1\; He-Atom)}</math>


Ein Helium-Atom wiegt ja 4 u. Die Einheit ''u'' kann man in ''g'' umrechnen mit dem Faktor <math>6 \cdot 10 ^{23}</math>.


So hat man dann:
'''Teil 2: Untersuchung des Produktes'''


<math>N(He\;Atome) = \frac{m(Helium-Portion)}{m(1\; He-Atom)}=\frac{0,1785 g}{4 u}=\frac{0,1785 \;g}{4 \;\frac{1}{6 \cdot 10 ^{23}}g } = 2,6775 \cdot 10^{22}</math>|3=Lösung}}
Sobald der Schwefel im Reagenzglas wieder eine gelbe Farbe angenommen hat und nicht mehr klar/braun aussieht ist, wird überprüft, ob das Reagenzglas gut genug abgekühlt ist, um sich nicht die Finger daran zu verbrennen.


== Automatische Berechnung ==
Dann nehmt ihr den Luftballon ab, legt ihn ggf. im Abzug ab ('''nicht daran riechen!!''') und versucht das feste Produkt, das nun eine andere Farbe als das Kupfer hat, mit der Pinzette heraus zu holen. Wenn noch Schwefel anhaftet, kann der im Abzug mit dem Bunsenbrenner verbrannt werden. Schaut euch das Produkt genauer an und vergleicht es mit dem Kupferblech von vorher. Verwendet auch eine Lupe oder eine Mikroskopkamera, um es genauer zu betrachten.


Da die Rechnung sehr aufwendig ist und du sie für verschiedene Gase etwas schneller durchführen zu kannst, wurde ein GeoGebra-Zeichnung vorbereitet. Bei der Eingabe in der Tabelle bitte folgendes beachten:
== Entsorgung und Reinigung der Gefäße ==
* Kommazahlen werden in GeoGebra mit dem Punkt "." statt dem "," eingegeben. Sonst wird es als Text angesehen.
Die Entfernung des geschmolzenen Schwefels ist zu umständlich, daher wird das dreckige Reagenzglas zusammen mit dem Luftballon in den '''Restmüll''' geworfen werden.
* Text sollte zur Sicherheit immer in Anführungsstrichen geschrieben werden, also zum Beispiel für He die Eingabe "He".
* Die Eingabe kann mit "RETURN" abgeschlossen werden
* Wurde aus Versehen eine Zelle angeklickt und wurde nichts eingegeben, kann mit "ESC" abgebrochen werden.


{{Box|AUFGABE 1|2=Suche für 10 oder mehr verschiedene Gase die Dichte heraus, gebt alle notwendigen Daten (Atom-/Teilchenmasse und Dichte) an. Die Angabe des Symbols dient der Beschriftung des Balken.|3=Üben}}
Wer ein Stück Kupfersulfid hat, an dem kein Schwefel anhaftet, kann es mitnehmen und z.B. auch ins Heft mit Tesa einkleben. Sonstige Reste des Kupfersulfids werden ebenfalls über den Restmüll entsorgt.


→ Für den Fall, dass '''die GeoGebra-Zeichnung hier nicht angezeigt wird''', nutze bitte '''[https://www.geogebra.org/m/PXy3XqkS diese Seite]''' für die Bearbeitung der Aufgaben.
== Auswertung nach der Durchführung des Experiments ==
'''ACHTUNG:''' Da das Experiment für verschiedene Zwecke eingesetzt werden kann, gibt es verschiedene Fragestellungen, die nach dem Experiment bearbeitet werden können.


<ggb_applet id="W2taptQW" width="1027" height="470" border="888888" />
=== Betrachtung einer chemischen Reaktion ===
{{Box|AUFGABE 1.1|2=[[File:Soufre.jpg|right|200px]]Beschreibe die Edukte Schwefel und Kupfer möglichst genau und betrachte ihre Eigenschaften. Für Schwefel solltest du dir ein Stück Schwefel anschauen, da die pulvrige Form ja nicht wirklich die Eigenschaften von Schwefel zeigen.|3=Üben}}


{{Box|AUFGABE 1.2|Halte möglichst genau fest, was bei der Reaktion zu beobachten ist. Dazu gehört auch kurz die Erwähnung der Handgriffe, die du durchführst.|3=Üben}}


{{Box|AUFGABE 2|2=Was fällt bei bei der Betrachtung der Balken auf?|3=Üben}}
{{Box|AUFGABE 1.3|Beschreibe nun die Eigenschaften des entstandenen Produktes, das vorher das Kupferblech war. Vergleiche mit den Eigenschaften von Kupfer und Schwefel. Was ist mit dem ehemals flüssigen Schwefel? Hat er sich auch verändert?|3=Üben}}
[[Kategorie:Stöchiometrie]]
 
[[Kategorie:Dichte]]
{{Box|AUFGABE 1.4|Halte die beobachtete Veränderung in einem Satz fest, indem du aufschreibst, aus welchen Ausgangsstoffen, welche neue Stoffe entstehen.|3=Üben}}
[[Kategorie:Satz von Avogadro]]
 
=== Massenbetrachtung für das Gesetz der konstanten Proportionen ===
{{Box|AUFGABE 2.1|2=Bestimme vor der Reaktion möglichst genau die Masse des Kupferbleches.|3=Üben}}
 
{{Box|AUFGABE 2.2|2=Versuche nach der Reaktion und und Abkühlung des Reagenzglases das Stück Kupfersulfid möglichst vollständig aus dem Reagenzglas zu holen um es wiegen zu können. Notfalls kann das Reagenzglas auch zerstört werden, dann aber nur bei Anwesenheit des Lehrers.
 
Bleibt ein Stück Kupfersulfid oder haftet am Kupfersulfid noch Schwefel an, sind die Messwerte nicht genau genug.|3=Üben}}
 
{{Box|AUFGABE 2.3|2=Berechne aus der Menge an Kupersulfid und Kupfer die Menge an Schwefel, die mit dem Kupfer reagiert hat und berechne das Verhältnis ''m(Kupfer) : m(Schwefel)'' im Kupfersulfid. Hole dir von Mitschülern ihre Ergebnisse (''wenn sie genau genug sind!'') und sammle sie in einer Tabelle, um einen Überblick zu bekommen.
|3=Üben}}
 
{{Box|AUFGABE 2.4|2=Kannst eine Erklärung für die Beobachtung geben? Vielleicht das Ganze auch zeichnerisch erklären?|3=Üben}}
 
=== Energiebetrachtung ===
{{Box|AUFGABE 3.1|2=
a.) Ist die Reaktion Kupfer mit Schwefel eine exotherme oder eine endotherme Reaktion? Begründe!
 
b.) Stelle ein Reaktionsschema/eine Reaktionsgleichung für die Reaktion auf.
 
c.) Zeichne ein Energiediagramm mit zeitlichem Verlauf ein, benenne die Teilschritte und an welcher Stelle welche Beobachtung aus dem Experiment "stattfindet".
|3=Üben}}
 
{{Box|AUFGABE 3.2|2=Bei der Reaktion von Natrium und Chlor haben wir die einzelnen, dort stattfindenden Teilschritte, angeschaut und deren Energieumsatz festgehalten. Stelle eine ähnliche Überlegung für die Reaktion von Kupfer mit Schwefel an, wobei zu bedenken ist, dass Sauerstoff als Ion entsprechend der Edelgas-Regel geladen ist (''also O<sup>2-</sup>'') und Kupfer sich der Ladung dann anpasst (''hier also Cu<sup>2+</sup>'').
 
'''Zur Erinnnerung:''' [https://www.tutory.de/w/bed7e5c0 Hier ist das Arbeitsblatt zu Natrium und Chlor!]
|3=Üben}}
 
== Gefährdungsbeurteilung ==
Zu diesem Experiment existiert eine Gefährdungsbeurteilung. '''[https://zum-wiki.idea-sketch.com/images/b/b7/Gef%C3%A4hrdungsbeurteilung_Synthese_von_Kupfersulfid.odt Download]'''
 
== Zum Nachschauen ==
* [https://www.youtube.com/watch?v=5hNe9w_toh0 Reaktion Kupfer mit Schwefel]
[[Kategorie:Chemie-Experiment]]
[[Kategorie:Energie]]
[[Kategorie:Chemische Reaktion]]
[[Kategorie:Chemie]]

Aktuelle Version vom 23. April 2022, 14:38 Uhr

Sicherheitsinformationen für Experimente
RECHTLICHE HINWEISE BEACHTEN!
Anweisung genau lesen
Die Experimentieranweisung muss genau gelesen und beachtet werden!
Schutzbrille verwenden
Eine Schutzbrille muss verwendet werden.
Reizend
ACHTUNG!
Es werden reizende oder sensibilisierende Stoffe genutzt.
Schutz-Massnahmen treffen!
Ätzend
ACHTUNG!
Es werden ätzende Stoffe genutzt.
Schutz-Massnahmen treffen!
Giftig
GEFAHR!
Es werden akut giftige Stoffe genutzt.
Schutzmaßnahmen treffen!


Sicherheitsinformationen

Brennender Schwefel - es entsteht Schwefeldoixd

Wie üblich gilt bei der Verwendung des Bunsenbrenners entsprechende Schutzmaßnahmen zu ergreifen, vorsichtig mit dem Bunsenbrenner umzugehen und nicht mit den Flammen allgemein (auch Streichhölzer) zu spielen.

Bei Erhitzen des Schwefels kann durch Verbrennung ein Stoff (Schwefeldioxid) entstehen, der ungesund ist - abgesehen von dem unangenehmen Geruch. Um das zu verhindern und auch, dass wir keinen Schwefeldampf einatmen, wird das Reagenzglas mit einem Luftballon verschlossen.

Für den Fall das das Reagenzglas aufplatzt, etwa weil dauerhaft nur an einer Stelle erhitzt wird, sollte das Stativ mit dem kaputten Reagenzglas umgehend in den Abzug gestellt werden. Dort kann man dann das Reagenzglas entfernen und abkühlen lassen.

Materialien

  • Stativstange, Stativfuß, Doppelmuffe, Stativklammer
  • Reagenzglas
  • Luftballon
  • Schwefelpulver
  • ein Stückchen Kufperblech, zu einem Dach gefaltet
  • Bunsenbrenner und Zündquelle (Streichhölzer, Feuerzeug, Gasanzünder, ...)
  • Pinzette
  • Holzstab (als Hilfsmittel, um das Kupferblech richtig zu platzieren - nicht immer notwendig)

Durchführung

Teil 1: Durchführung des Experimentes

Kupfer-und-Schwefel-Versuchsaufbau.svg

Entsprechend der Darstellung, wird das Stativ mit dem Reagenzglas vorbereitet. Das Reagenzglas sollte ganz oben am Bördelrand befestigt werden. Es sollte auch nur wenig schräg eingespannt werden, denn wenn es zu schräg ist, rutscht das Kupferblech in den Schwefel, was aber nicht gewünscht ist.

Nachdem Schwefel und Kupferblech richtig platziert sind, wird das Reagenzglas mit dem Luftballon verschlossen. Achtet darauf, das der Luftballon keine sichtbaren Löcher hat und sicher über dem Bördelrand sitzt und dicht abschließt.

Dann kann der Bunsenbrenner angezündet werden.

Zunächst wird das Kupferblech intensiv erhitzt. Achtet auf den richtigen Abstand des Bunsenbrenners zum Reagenzglas, so dass die heißeste Stelle der Flamme auch richtig wirken kann. Stellt den Bunsenbrenner aber nicht einfach unter das Reagenzglas, denn sonst kann damit das Glas durchgeschmolzen werden!

Nach etwa einer Minute kann dann der Schwefel erhitzt werden, bis er gasförmig wird (man sieht die Dämpfe). Sobald die Schwefeldämpfe des Kupferblech erreichen kann man wieder das Kupferblech für kurze Zeit erhitzen. Dann sollten immer abwechselnd Schwefel und Kupfer erhitzt werden, bis man am Kupferblech beobachten kann, dass es zu Glühen anfängt. Dann reicht es, ein wenig den Schwefel zu erhitzen, um genügend Schwefeldampf zum Kupferblech zu "bringen".

Wenn das Glühen einmal durch das Kupferblech "durchgelaufen" ist kann man den Bunsenbrenner abschalten (Reihenfolge beachten!).


Teil 2: Untersuchung des Produktes

Sobald der Schwefel im Reagenzglas wieder eine gelbe Farbe angenommen hat und nicht mehr klar/braun aussieht ist, wird überprüft, ob das Reagenzglas gut genug abgekühlt ist, um sich nicht die Finger daran zu verbrennen.

Dann nehmt ihr den Luftballon ab, legt ihn ggf. im Abzug ab (nicht daran riechen!!) und versucht das feste Produkt, das nun eine andere Farbe als das Kupfer hat, mit der Pinzette heraus zu holen. Wenn noch Schwefel anhaftet, kann der im Abzug mit dem Bunsenbrenner verbrannt werden. Schaut euch das Produkt genauer an und vergleicht es mit dem Kupferblech von vorher. Verwendet auch eine Lupe oder eine Mikroskopkamera, um es genauer zu betrachten.

Entsorgung und Reinigung der Gefäße

Die Entfernung des geschmolzenen Schwefels ist zu umständlich, daher wird das dreckige Reagenzglas zusammen mit dem Luftballon in den Restmüll geworfen werden.

Wer ein Stück Kupfersulfid hat, an dem kein Schwefel anhaftet, kann es mitnehmen und z.B. auch ins Heft mit Tesa einkleben. Sonstige Reste des Kupfersulfids werden ebenfalls über den Restmüll entsorgt.

Auswertung nach der Durchführung des Experiments

ACHTUNG: Da das Experiment für verschiedene Zwecke eingesetzt werden kann, gibt es verschiedene Fragestellungen, die nach dem Experiment bearbeitet werden können.

Betrachtung einer chemischen Reaktion

AUFGABE 1.1
Soufre.jpg
Beschreibe die Edukte Schwefel und Kupfer möglichst genau und betrachte ihre Eigenschaften. Für Schwefel solltest du dir ein Stück Schwefel anschauen, da die pulvrige Form ja nicht wirklich die Eigenschaften von Schwefel zeigen.


AUFGABE 1.2
Halte möglichst genau fest, was bei der Reaktion zu beobachten ist. Dazu gehört auch kurz die Erwähnung der Handgriffe, die du durchführst.


AUFGABE 1.3
Beschreibe nun die Eigenschaften des entstandenen Produktes, das vorher das Kupferblech war. Vergleiche mit den Eigenschaften von Kupfer und Schwefel. Was ist mit dem ehemals flüssigen Schwefel? Hat er sich auch verändert?


AUFGABE 1.4
Halte die beobachtete Veränderung in einem Satz fest, indem du aufschreibst, aus welchen Ausgangsstoffen, welche neue Stoffe entstehen.

Massenbetrachtung für das Gesetz der konstanten Proportionen

AUFGABE 2.1
Bestimme vor der Reaktion möglichst genau die Masse des Kupferbleches.


AUFGABE 2.2

Versuche nach der Reaktion und und Abkühlung des Reagenzglases das Stück Kupfersulfid möglichst vollständig aus dem Reagenzglas zu holen um es wiegen zu können. Notfalls kann das Reagenzglas auch zerstört werden, dann aber nur bei Anwesenheit des Lehrers.

Bleibt ein Stück Kupfersulfid oder haftet am Kupfersulfid noch Schwefel an, sind die Messwerte nicht genau genug.


AUFGABE 2.3
Berechne aus der Menge an Kupersulfid und Kupfer die Menge an Schwefel, die mit dem Kupfer reagiert hat und berechne das Verhältnis m(Kupfer) : m(Schwefel) im Kupfersulfid. Hole dir von Mitschülern ihre Ergebnisse (wenn sie genau genug sind!) und sammle sie in einer Tabelle, um einen Überblick zu bekommen.


AUFGABE 2.4
Kannst eine Erklärung für die Beobachtung geben? Vielleicht das Ganze auch zeichnerisch erklären?

Energiebetrachtung

AUFGABE 3.1

a.) Ist die Reaktion Kupfer mit Schwefel eine exotherme oder eine endotherme Reaktion? Begründe!

b.) Stelle ein Reaktionsschema/eine Reaktionsgleichung für die Reaktion auf.

c.) Zeichne ein Energiediagramm mit zeitlichem Verlauf ein, benenne die Teilschritte und an welcher Stelle welche Beobachtung aus dem Experiment "stattfindet".


AUFGABE 3.2

Bei der Reaktion von Natrium und Chlor haben wir die einzelnen, dort stattfindenden Teilschritte, angeschaut und deren Energieumsatz festgehalten. Stelle eine ähnliche Überlegung für die Reaktion von Kupfer mit Schwefel an, wobei zu bedenken ist, dass Sauerstoff als Ion entsprechend der Edelgas-Regel geladen ist (also O2-) und Kupfer sich der Ladung dann anpasst (hier also Cu2+).

Zur Erinnnerung: Hier ist das Arbeitsblatt zu Natrium und Chlor!

Gefährdungsbeurteilung

Zu diesem Experiment existiert eine Gefährdungsbeurteilung. Download

Zum Nachschauen

Abgerufen von „https://unterrichten.zum.de/index.php?title=Chemie-Lexikon/Stöchiometrie_-_Satz_von_Avogadro/Den_Satz_von_Avogadro_theoretisch_entdecken&oldid=124039“