Chemie-Arbeitsblatt _ _ Klasse _ _ _ Name __________________________________________________________________Datum _ _ ._ _._ _

 
Das Donator-Akzeptor-Prinzip bei Redoxreaktionen
 

Geben und nehmen: dies allgegenwärtige Prinzip des Ausgleichs bestimmt auch chemische Reaktionen. Zum Beispiel, wenn Metalle mit Nichtmetallen reagieren. Das zeigen folgende Versuche.

V1: Mit der Tiegelzange werden nacheinander ein Stück Magnesiumband, ein Stück Kupfer- bzw. Silberblech und ein Platindraht in die entleuchtete Brennerflamme gehalten. Welche Beobachtungen machst du?

V2: Ein Gasbrenner wird so in ein Stativ eingespannt, dass die entleuchtete Flamme waagrecht brennt. Das Ende eine Glasrohrs wird mit etwas frischem Magnesiumpulver, gefüllt und dieses seitwärts in die Flamme geblasen. Der Versuch wird mit Kupfer- und Eisenpulver wiederholt. Achte in deinen Beobachtungen auf die Helligkeit der Flammen.

LV3: Ein brennendes Magnesiumband wird in einen mit Chlorgas gefüllten Standzylinder geworfen, der ca. 1 cm hoch mit Sand gefüllt ist. Der Versuch wird mit Eisenwolle wiederholt. Notiere deine Beobachtungen!

LV4: In ein großes Rggl. wird unten seitlich ein Loch von ca. 8 mm Durchmesser geblasen. Dann erhitzt man im Rggl. ein erbsengroßes, entrindetes Stück Natrium bis zur Schmelze. Kurz vor dem Entzünden drückt man das Chlorgas aus dem Kolbenprober auf das flüssige Natrium. Hinweis: Das Glasrohr des Kolbenprobers wird um ca. 5 cm verlängert, das Verlängerungsstück mit Gummischlauch oder Teflon im Loch des Rggl. abgedichtet.

Beobachte den Reaktionsverlauf und beschreibe das Reaktionsprodukt. Dieses wird nach dem Erkalten vorsichtig in Wasser aufgelöst (wegen u.U. noch vorhandener Na-Reste).

V5: In drei Rggl. wird etwas entfettete Eisenwolle gegeben. Die Eisenwolle im 1. Rggl. wird mit aqua dest. versetzt, die im 2. Rggl. mit Chlorwasser und im 3. Rggl. mit Bromwasser. Notiere deine Beobachtungen!

Auswertung:
1. Deine Beobachtungen zu den Versuchen musst du auf einem Extra-Blatt notieren!
2. Deute das unterschiedliche Verhalten der Metalle in V1 bis LV4. Wofür dient die Helligkeit der Flamme als "Indikator"?
3. Interpretiere das unterschiedliche Verhalten des Eisens in V5.
4. Formuliere für V1 bis V5 die Reaktionsgleichungen.
5. Warum findet man die Elemente Chlor und Brom in der Natur nicht in elementarer Form?
6. Sauerstoff hat einen Volumenanteil an der Luft von knapp 20%. Warum ist diese Tatsache eigentlich erstaunlich? Wodurch bleibt der Sauerstoffanteil der Luft eigentlich konstant?

Quelle: Tausch, von Wachtendonk: Chemie 2000+, Band 2, Bamberg 2004


 

Lösungen:

 
1. Beobachtungen zu den Versuchen:

Versuchsergebnisse:

V1: Magnesiumband verbrennt mit hell-gleißender Flamme und Bildung von weißem Rauch, Kupferblech glüht auf und wird schwarz, das Silberblech wird ebenfalls (vorübergehend, während des Erhitzens) schwarz, nach dem Abkühlen ist es etwas dunkler, aber es verbrennt nicht und Platin glüht lediglich auf, sieht aber nach dem Erhitzen aus wie vorher.

V2: Alle Metallpulver leuchten auf und zeigen eine Flammenfärbung: Magnesium wieder gleißend-hell, Kupfer erzeugt eine grüne Flammenfärbung und Eisenpulver orange-glühende Funken. Das hellste Aufleuchten erzeugt Magnesium, danach Eisenpulver und Kupferpulver. Der Versuch gelingt nur dann bzw. ist aussagekräftig, wenn die Körnung der Pulver in etwa gleich ist.

LV3: Magnesium reagiert heftig mit Chlorgas, die Leuchterscheinung ist ähnlich wie unter Sauerstoff bzw. Luft. Eisenwolle erzeugt eine braun-rote Rauchwolke und glüht rot-orange auf. Die Heftigkeit ist wieder bei Magnesium größer als bei Eisenwolle.

LV4: Bei dieser Elementarreaktion reagiert Natrium direkt mit Chlor. Es entsteht ein intensiv gelbliches Licht. Der entstehende Rauch kristallisiert weiß aus an den kälteren Teilen des Rggl. Wird er vorsichtig abgekratzt, in Wasser gelöst und zum Verdunsten gebracht, kann man unter dem Mikroskop schöne Kochsalzkristalle (Würfel) zeigen.

V5: Die Eisenwolle im Chlorgaswasser zeigt den größten Rostansatz, in Bromwasser ist er etwas geringer und in aqua dest. am geringsten.

2. Deutung des unterschiedlichen Verhaltens der Metalle
Die drei (vier) Metalle zeigen ein unterschiedliches Reaktionsverhalten gegenüber Sauerstoff: Magnesium reagiert am heftigsten, danach Eisen und zuletzt Kupfer bzw. Silber. Platin reagiert gar nicht mit Sauerstoff. Die Helligkeit der Flamme dient als Indikator für den exergonischen Verlauf der Reaktion: je mehr Lichtenergie emittiert wird, desto größer ist die Reaktionsenergie. Die freiwerdende (Licht)-Energie dient als ungefähres Maß für Oxidierbarkeit der Metalle.

3. Verhalten von Eisen in V5:
Die Rostbildung=Korrosion=Oxidation erfolgt in Gegenwart der Halogene schneller als in aqua dest. Chlor und Brom, in Wasser gelöst, über eine stärkere oxidierende Wirkung aus als Sauerstoff.
Problem bei diesem Versuch: Die Chlor- bzw. Brom-Konzentration ist kaum gleich herzustellen, Chlor löst sich schlechter in Wasser als Brom, und in aqua dest. dürfte kaum noch Sauerstoff enthalten sein. Die Bromkonzentration ist nicht zu hoch einzustellen!

4. Reaktionsgleichungen:
V1: 
2 Mg(s)  + O2(g)   ----> 2 MgO(s)
       2 Cu(s)   + O2(g)   ----> 2 CuO(s)
       4 Ag(s)   + O2(g)   ---->  2 Ag2O(s)
       4 Fe(s)   + 3 O2(g) ---> 2 Fe2O3(s)
Platin reagiert nicht.

LV3:  Mg(s)    +   Cl2(g)  ----> MgCl2(s)
         2 Fe(s)  + 3 Cl2(g)  ---->  2 FeCl3(s)

LV4:  2 Na(s)  Cl2(g)  ---->  2 NaCl(s)

LV4: 2 Fe(s) + O2(g)  +  2 H2O(l) -----> 2 Fe(OH)2(s)
         4 Fe(OH)2(s)  +  O2(g)  +  2 H2O(l) -----> 4 Fe(OH)3(s)
          Fe(OH)3(s)  -----> FeO(OH)  +  H2O(l)
          2 Fe(s)  + 3 Cl2(g)  ---->  2 FeCl3(s)

        
2 Fe(s)  + 3 Br2(g)  ---->  2 FeBr3(s)

5. Chlor und Brom nicht in elementarer Form in der Natur:
Chlor und Brom sind sehr reaktionsfreudige Elemente, so dass sie seit ihrer Entstehung immer sofort mit anderen Elementen oder Verbindungen reagiert haben. Selbst bei Vulkanausbrüchen entstehendes elementares Chlor und Brom existieren nicht lange in dieser Form; die Elemente suchen bzw. finden schnell einen Reaktionspartner.

6. Sauerstoff:
Sauerstoff ist ähnlich reaktionsfreudig wie die Halogene, wenn auch nicht ganz so stark. Im Verlauf der Entstehung der Elemente gebildeter Sauerstoff hat in der Geschichte der Erde immer sofort weiterreagiert. Die meisten Verbindungen der Elemente im Boden sind Verbindungen, die Sauerstoff enthalten (Oxide, Carbonate, Sulfate usw.) Die im Laufe der Evolution entstehenden grünen Pflanzen haben mit der Photosynthese jedoch immer wieder Sauerstoff nachgebildet, bis sich im Laufe von Millionen von Jahren ein Gleichgewicht von ca. 20% Sauerstoffanteil in der Atmosphäre herausgebildet hat.

update: 11.11.15                                                                                                                                                                                    zurück        zur Hauptseite