2.9 Reaktion von Laugen mit Aluminium - Laugenstärke. Aufgabe. Gibt es verschieden starke Laugen?

Transkript

1 Naturwissenschaften - Chemie - Säuren, Basen, Salze - 2 Basen (P ) 2.9 Reaktion von Laugen mit Aluminium - Laugenstärke Experiment von: Phywe Gedruckt: :17:12 intertess (Version B200, Export 2000) Aufgabe Aufgabe Gibt es verschieden starke Laugen? Untersuche die Reaktion verschiedener Laugen mit Aluminium. Raum für Notizen Wenn Sie als Lehrer angemeldet sind, finden Sie nachstehend eine Schaltfläche für Zusatzinformationen

2 Zusatzinformationen Lernziele Laugen lassen sich aufgrund ihrer Reaktivität starke und schwache Laugen unterteilen. Stärkere Laugen reagieren mit Aluminium unter Wasserstoffbildung zu Aluminaten. Nach der Reaktionsdauer der Aluminiumauflösung lässt sich also die Reaktivität der Laugen feststellen. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Vorbereitungen Stellen Sie vor der Stunde konzentrierte Lösungen von Natrium- und Bariumhydroxid her. Insbesondere das Barytwasser muss frisch angesetzt sein, da es relativ schnell mit dem Kohlendioxid der Luft reagiert. Für den Versuch ist eine exakt gleiche Konzentration nicht erforderlich. Anmerkungen zu den Schülerversuchen Achten Sie auf sorgfältigen Umgang der SchülerInnen mit den konzentrierten Laugen. Stellen Sie die Augenwaschflasche greifbereit! Stehen nicht genügend Abzugsplätze zur Verfügung, sollte der Versuchsteil 3 (Ammoniaklösung) als parallel laufender Demonstrationsversuch durchgeführt werden. H- und P-Sätze Natriumhydroxid: H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H290: Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P305 + P351 + P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P309 + P310: BEI EXPOSITION ODER UNWOHLSEIN: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen. P301 + P330 + P331:BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. Kein Erbrechen herbeiführen

3 Bariumhydroxid: H302: Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H332: Gesundheitsschädlich bei Einatmen. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P301 + P330 + P331:BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. Kein Erbrechen herbeiführen. P305 + P351 + P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P309 + P310: BEI EXPOSITION ODER UNWOHLSEIN: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen. Ammoniaklösung: H335: Kann die Atemwege reizen. H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H400: Sehr giftig für Wasserorganismen. P280: Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P273: Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P301 + P330 + P331:BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. Kein Erbrechen herbeiführen. P305 + P351 + P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. P309 + P310: BEI EXPOSITION ODER UNWOHLSEIN: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen. Gefahren Konzentrierte Laugen wirken stark ätzend. Nicht in Kontakt mit der Haut bringen! Schutzbrille tragen! Ammoniaklösung entwickelt unangenehm riechende und gesundheitsschädliche Gase. Nicht einatmen! Versuchsteil unter dem Abzug durchführen! Hinweise Die Reaktion des Aluminiums mit Laugen beruht auf seinem amphoteren Charakter. Aluminiumhydroxid hat teilweise die Eigenschaften einer Lauge, teilweise die einer Säure. Es ist sowohl eine Brönstedt-Base (Protonenakzeptor) wie auch eine Lewis-Säure (Elektronenpaarakzeptor). Die Reaktion von Aluminium verläuft formal nach folgendem Schema: 2 Al + 6 H 2 O 2 Al(OH) H 2 Al(OH) 3 + NaOH NaAl(OH) 4-3 -

4 Der hier verwendete Begriff der Basenstärke entspricht nicht der chemischen Definition als Basendissooziationskonstante (K b -Wert). Da aber die Konzentration der OH-Ionen die Reaktionsdauer bestimmt, folgt das Versuchsergebnis dem Ergebnis bei der Ermittlung der Dissoziationskonstanten, wenn gleiche oder annähernd gleiche Ausgangskonzentrationen eingehalten werden. Methodische Bemerkungen Vor diesem Versuch sollte die Reaktion der Alkali- und Erdalkalimetalle mit Wasser behandelt worden sein, um die phänomenologische Ähnlichkeit mit diesem Versuch herausarbeiten zu können. Die Identifizierung des entstehenden Gases als Wasserstoff sollte in einem Demonstrationsversuch erfolgen. Die einsetzende Reaktion von Aluminium mit Natronlauge (eventuell etwas erwärmen) ist eher heftig, der entstehende Wasserstoff kann direkt über die flüssige Oberfläche mittels eines brennenden Holzspans entzündet werden. Entsorgung Aluminium vollständig durchreagieren lassen. Reste entfernen und Laugen in den Sammelbehälter für Säuren und Laugen geben

5 Material Material Material von "TESS Chemie Set Säuren / Basen / Salze" (Bestellnummer ) Position 1 Material Schutzbrille, farblose Scheiben Bestellnr Menge 1 2 Porzellan Abdampfschale, 75 ml, Oben-d = 80 mm Pinzette, l = 130 mm, gerade, stumpf Messzylinder (PP), hohe Form, 50 ml Laborschreiber, wasserfest Digitale Stoppuhr, 24 h, 1/100 s & 1 s Petrischale, d = 100 mm Chemikalien, Hilfsmaterial Position Material Aluminiumblech, Stärke 0,2 mm, 50 g Bestellnr Menge Barytwasser, konz., herstellen aus Konzentrierte Natronlauge, herstellen aus Ammoniak-Lösung, 25%, 1000 ml Wasser, destilliert, 5 l Für das Experiment benötigte Materialien - 5 -

6 Aufbau Aufbau Gefahren Konzentrierte Laugen wirken stark ätzend. Kontakt mit der Haut vermeiden! Schutzbrille tragen! Ammoniaklösung entwickelt unangenehm riechende und gesundheitsschädliche Gase. Nicht einatmen! Versuchsteil unter dem Abzug durchführen! - 6 -

7 Durchführung Durchführung Ablauf Gib mit der Pinzette jeweils zwei gleich große Streifen Aluminiumblech in jede der drei Abdampfschalen (Abb. 1). Abb. 1 Fülle einen Messzylinder mit 40 ml konzentrierter Natronlauge und einen zweiten mit 40 ml konzentrierter Bariumhydroxidlösung (Barytwasser) (Abb. 2). Abb. 2 Gib den Inhalt der ersten beiden Messzylinder in jeweils eine Abdampfschale (Abb. 3) und starte die Stoppuhr (Abb. 4). Reinige einen der Messzylinder und fülle darin 40 ml Ammoniaklösung. Fülle den dritten Messzylinder unter dem Abzug mit der Ammoniaklösung und decke diese mit einer Petrischale (Abb. 5)

8 Abb. 3 Abb. 4 Abb. 5 Überprüfe das Ergebnis dieses Versuchsteils am Ende der Stunde, lass die Abdampfschale bis zur nächsten Stunde unter dem Abzug stehen. Notiere die Reaktionsdauer der anderen beiden Versuchsteile in der Tabelle 1. Entsorgung Inhalt aller Abdampfschalen in den Sammelbehälter für Säuren und Laugen geben

9 Auswertung Auswertung Frage 1: Notiere deine Beobachtungen. Nach kurzer Zeit setzt bei Zugabe von Natronlauge eine Reaktion ein. Es entwickelt sich ein Gas, das Aluminium löst sich langsam auf. Bei Zugabe von Barytwasser setzt die Reaktion später ein, sie verläuft langsamer. Bei Zugabe von Ammoniaklösung verläuft die Reaktion kaum sichtbar. Erst nach sehr langem Stehenlassen ist eine Veränderung feststellbar. Frage 2: Trage die Ergebnisse in die Tabelle 1 ein. Tabelle 1 Lauge Natronlauge Barytwasser Ammoniaklösung Reaktion nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn Reaktionsdauer [min] nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn - 9 -

10 Lauge Natronlauge Barytwasser Ammoniaklösung Table 1a Reaktion Gasentwicklung, Aluminium löst sich auf langsame Gasentwicklung, Aluminium löst sich langsam auf kaum feststellbar Reaktionsdauer [min] 4 18 > 1 day

11 Fragen und Aufgaben Fragen und Aufgaben Frage 1: Welche Gase könnten im Laufe dieses Experimentes entstanden sein? Wie ließe sich überprüfen, welches Gas entstanden ist? Da Aluminium mit Laugen reagiert, die Hydroxidionen enthalten, kann es sich bei dem entstehenden Gas nur um Sauerstoff oder Wasserstoff handeln. Überprüfen ließe sich dies mit der Glimmspan- und Sauerstoff/Wasserstoff Knallgasprobe. Frage 2: Ziehe die Schlussfolgerungen aus dem Versuch, beantworte dabei die Ausgangsfrage im Titel des Experimentes

12 Laugen lösen Aluminium unter Gasentwicklung. Da die Auflösungszeit des Aluminiums sehr verschieden ist, müssen die Laugen verschieden stark (reaktiv) sein, wenn man von gleichen oder ähnlichen Ausgangskonzentrationen ausgeht. Frage 3: An welchen anderen Reaktion erinnert dieser Versuch? Ein ähnliches Versuchsergebnis stellte sich bei der Reaktion sehr unedler Metalle mit Wasser ein. Auch Säuren reagieren mit unedlen Metallen unter Wasserstoffentwicklung