Schülerversuch: Reaktion von Kupfer und Schwefel quantitativ

Dies ist ein sehr bekann­ter Ver­such zum Nach­weis vom Gesetz der kon­stan­ten Pro­por­tio­nen. Dazu lässt man ein Kup­fer­blech mit bekann­ter Mas­se mit Schwe­fel reagie­ren und wiegt das Pro­dukt erneut. Dabei ist das Mas­sen­ver­hält­nis von Kup­fer und Schwe­fel im Ide­al­fall kon­stant, da fol­gen­de Reak­ti­on abläuft:

2Cu + S → Cu2S

Es reagie­ren also 32u Schwe­fel  mit ca. 2x63,5u Kup­fer (127u) (alle Wer­te gerun­det), sodass man auf ein Mas­sen­ver­hält­nis von ziem­lich genau 4:1 ( m(Cu):m(S) ) kommt.

Dazu spannt man ein Reagenz­glas mit wenig Schwe­fel­pul­ver leicht schräg in ein Sta­tiv ein. Jede Ver­suchs­grup­pe (je mehr Grup­pen, des­to bes­ser), erhölt ein unter­schied­lich gro­ßes Kup­fer­blech. Die­ses wird gewo­gen und so in das Reagenz­glas ein­ge­führt, dass es etwa 4–5cm über dem Schwe­fel zu lie­gen kommt. Dann wer­den sowohl der Schwe­fel als auch das Reagenz­glas erhitzt. Man soll­te den Ablauf die­ses Expe­ri­men­tier­teils ein­mal vor­her mit den SuS üben (Vor­s­tun­de).

Durch eine vor­be­rei­te­te Schü­ler­hand kann der span­nen­de Teil des Ver­su­ches so ablaufen:

Wei­ter­le­sen

Die polare Atombindung und wie man sie erklären kann

Elek­tro­nen­ver­tei­lung im Chlorwasserstoffmolekül

Ori­gi­nal­bild: http://de.wikipedia.org/wiki/Polare_Atombindung

Bei einer gewis­sen Dif­fe­renz der EN-Wer­te bei­den an einer kova­len­ten Bin­dung betei­lig­ten Ato­me kann es dazu kom­men, dass sich die Bin­dungs­elek­tro­nen bevor­zugt am elek­tro­ne­ga­ti­ve­ren Bin­dungs­part­ner auf­hal­ten, d.h. ihre Auf­halt­wahr­schein­lich­keit rund um die­sen ist höher – das ver­steht ja kein Mensch.

Jugend­li­che gehen aber ger­ne in die Dis­ko und in vie­len Dis­kos kann man die tan­zen­de Men­ge von oben beob­ach­ten. Nun gibt es in jeder Dis­ko auch Frau­en, die den soge­nann­ten „ein­sa­men Tanz“ zele­brie­ren (wer mehr dar­über wis­sen mag, möge ein­mal nach dem Begriff googlen).

Machen wir ein­mal fol­gen­de Annahme:

In die­ser Dis­ko gibt es zwei Frau­en, die 8m von­ein­an­der ent­fernt tan­zen. Sie tan­zen rela­tiv orts­fest. Eine von bei­den ent­spricht dem gän­gi­gen Schön­heits­ide­al etwas mehr als die ande­re. Um sie her­um tan­zen zwei Män­ner, die inner­halb der Dis­ko stän­dig ihren Platz wech­seln, also z.B. Pogo tan­zen – oder so. Wenn man die­se klei­ne Gesell­schaft nun 60 Minu­ten tan­zen lässt und jede Minu­te ein Foto macht, wird man fest­stel­len, dass man auf den 60 ent­stan­de­nen Fotos bei der mehr dem Schön­heits­ide­al ent­spre­chen­den Dame öfter einen Mann sieht als bei der anderen.

Die Frau­en sind die Atom­ker­ne (oder Atom­rümp­fe). Die Män­ner sind die Ele­kro­nen. Das ver­ste­hen vie­le SuS. Ich habe nach mehr sol­che Bil­der auf Lager. Irgend­wann mehr davon.

Reduktion von Kupferoxid quantitativ

Das Gesetz von den kon­stan­ten Pro­por­tio­nen (Gesetz der kon­stan­ten Mas­sen­ver­hält­nis­se) lässt sich expe­ri­men­tell auf ver­schie­dens­te Wei­se nach­wei­sen. Oft macht man beim Klas­si­ker im Schü­ler­ver­such (Bil­dung von Kup­fer­sul­fid) ein län­ge­res Gesicht, weil die Wer­te nicht beson­ders gut hinhauen.

Immer funk­tio­niert hin­ge­gen der fol­gen­de Ver­such, auch wenn die­ser etwas höhe­re Ansprü­che an den Expe­ri­men­ta­tor stellt und daher nur als Leh­rer­ver­such sinn­voll ist. Dabei wird Kupfer(II)oxid (schwarz) mit Hil­fe von Was­ser­stoff zu ele­men­ta­rem Kup­fer und Was­ser redu­ziert gemäß:

CuO + H2 → Cu + H2O

Das Was­ser ent­steht dabei in gas­för­mi­gem Aggre­gat­zu­stand und „nimmt“ den Sauer­stoff dadurch mit, sodass man durch Mas­sen­ver­gleich vor und nach der Reak­ti­on das Mas­sen­ver­hält­nis von Kup­fer und Sauer­stoff in der Ver­bin­dung Kupfer(II)oxid bestim­men kann.

Dazu ver­wen­de ich in der Luxus­aus­stat­tung fol­gen­de Apparatur:

Reduktion von Kupferoxid

Reduk­ti­on von Kupferoxid

Legen­de:

  1. Magne­sia­schiff­chen mit unter­schied­li­chen Stoff­por­ti­ons­mas­sen von Kupferoxid
  2. Reak­ti­ons­rohr aus Quarzglas
  3. Gas­bren­ner
  4. Wasch­fla­sche
  5. Was­ser­bad
  6. Eisen­wol­le (locker gestopft)
  7. gewin­kel­tes Glasrohr
  8. Was­ser oder Schwe­fel­säu­re (konz.) wenn der Was­ser­stoff getrock­net wer­den muss
  9. U‑Rohr

Zunächst wird das Leer­ge­wicht aller Schiff­chen auf der Fein­waa­ge (d=0,01g) bestimmt. Danach füllt man jedes Schiff­chen mit einer ande­ren Mas­se an Kup­fer­oxid und wiegt erneut, sodass die Mas­se des ein­ge­füll­ten Kup­fer­oxids jeweils bekannt ist. Anschlie­ßend wer­den alle Schiff­chen mit einer lan­gen Pin­zet­te in das schon waa­ge­recht ein­ge­spann­te Reak­ti­ons­rohr gescho­ben und die Appa­ra­tur ver­schlos­sen. Wei­ter­le­sen

Herr Riecken, ist das schlimm, wenn man Eier hat?

Nun, so schlimm fin­de ich das eigent­lich nicht. Das ein­zig Schlim­me war der Ver­lust von fünf Minu­ten Unter­richts­zeit, da sich die gesam­te Klas­se nach die­ser Fra­ge einer Schü­le­rin an mich nicht wie­der beru­hi­gen moch­te. Mei­ner Frau fiel spä­ter zu Hau­se dazu noch ein, dass die Fra­ge nach den Eiern für Frau­en all­ge­mein auch bedeut­sam wer­den kann, nunja.

Dabei ging es doch um etwas ganz ande­res: Die Ärms­te soll­te ledig­lich etwas an die Tafel brin­gen, was intern bei mir unter Kugel­wol­ken­mo­dell läuft und z.B. so aus­se­hen kann:

Kugelwolkenmodell

Kugel­wol­ken­mo­dell

Ihre Zeich­nung war eben ein wenig „eierig“ und das fand sie schlimm – net­ter unfrei­wil­li­ger Kalau­er. Mit dem Kugel­wol­ken­mo­dell erklä­re ich z.B. die Bedeu­tung von Stri­chen und Atom­sym­bo­len inner­halb von Struk­tur­for­meln, wobei fol­gen­de Regeln gelten:

Wei­ter­le­sen

Ja, wo isses denn, das Lithiumstück?

Heu­te hat­te ich ein span­nen­des Erleb­nis aus der Kate­go­rie: Dar­auf kann nur ein Schü­ler kom­men. Als Che­mie­leh­rer kennt man die Reak­ti­on von Alka­li­me­tal­len mit Was­ser. Dabei „ver­schwin­det“ anschei­nend das Metall – anschei­nend, weil ja immer­hin das Gesetz von der Erhal­tung der Mas­se gilt. Die Reak­ti­on ver­läuft gemäß der Gleichung:

2Li + 2H2O → 2Li+ + 2OH- + H2

Das Lithi­um ver­schwin­det hier also kei­nes­wegs, son­dern wird als Ion in Was­ser gelöst. Das lässt sich klas­si­scher Wei­se indi­rekt dadurch nach­wei­sen, dass man die Leit­fä­hig­keit des Was­sers vor und nach dem Ver­such vergleicht.

Die Idee des Schülers:

Man kann das Was­ser vor und nach dem Ver­such wie­gen. Der Mas­sen­ver­lust durch den nicht auf­ge­fan­ge­nen Was­ser­stoff müss­te durch das auf die Atom­mas­se bezo­gen sie­ben­mal mas­se­rei­che­re Lithi­um mehr als kom­pen­siert wer­den und das Was­ser dadurch nach dem Ver­such mehr Mas­se besit­zen. So könn­te der „Nach­weis“ viel direk­ter und weni­ger abs­trakt über ein Mess­ge­rät erfolgen.

NIcht schlecht gedacht – aber natür­lich geht das auf Grund der stark exo­ther­men Reak­ti­on schief. Nicht nur Was­ser­stoff geht ver­lo­ren, son­dern es ver­dampt zusätz­lich durch die Reak­ti­ons­wär­me Was­ser mit sei­ner zwei­ein­halb­mal so hohen Mole­kül­mas­se (bezo­gen auf die Atom­mas­se des Lithi­ums), sodass in einem offe­nen Sys­tem die Gesamt­mas­se trotz­dem abnimmt.

Trotz­dem muss man dar­auf erst­mal kom­men… Wie­der etwas gelernt.

1 8 9 10 11