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An­satz 2

In­fo­box

Diese Seite ist Teil einer Ma­te­ria­li­en­samm­lung zum Bil­dungs­plan 2004: Grund­la­gen der Kom­pe­tenz­ori­en­tie­rung. Bitte be­ach­ten Sie, dass der Bil­dungs­plan fort­ge­schrie­ben wurde.

Hin­weis

Es wird dar­auf hin­ge­wie­sen, dass für jedes Ex­pe­ri­ment ent­spre­chend der ei­ge­nen Durch­füh­rung vor der erst­ma­li­gen Auf­nah­me der Tä­tig­keit eine Ge­fähr­dungs­be­ur­tei­lung durch­ge­führt und do­ku­men­tiert wer­den muss. Jede fach­kun­di­ge Nut­ze­rin/jeder fach­kun­di­ge Nut­zer muss die auf­ge­führ­ten In­hal­te ei­gen­ver­ant­wort­lich prü­fen und an die tat­säch­li­chen Ge­ge­ben­hei­ten an­pas­sen.

Weder die Re­dak­ti­on des Leh­rer­fort­bil­dungs­ser­vers noch die Au­to­rin­nen und Au­to­ren der ver­öf­fent­lich­ten Ex­pe­ri­men­te über­neh­men jeg­li­che Haf­tung für di­rek­te oder in­di­rek­te Schä­den, die durch ex­ak­ten, ver­än­der­ten oder feh­ler­haf­ten Nach­bau und/oder Durch­füh­rung der Ex­pe­ri­men­te ent­ste­hen. Wei­ter­füh­ren­de In­for­ma­tio­nen er­hal­ten Sie unter www.​gef​ahrs​toff​e-​schu­le-​bw.​de

SV: Die Zer­set­zung von Was­ser in die Ele­men­te

Vorab­in­for­ma­tio­nen:

Versuchsaufbau Zersetzung von Wasser Was­ser hat die che­mi­sche For­mel H 2 O und ge­hört zu den leicht­flüch­ti­gen Stof­fen. Es ist eine Ver­bin­dung der Ele­men­te Was­ser­stoff (Ele­ment­sym­bol H) und Sau­er­stoff (Ele­ment­sym­bol O).

Was­ser kann mit Elek­tri­zi­tät in die Ele­men­te Was­ser­stoff (Mo­le­kül­for­mel H 2 ) und Sau­er­stoff (Mo­le­kül­for­mel O 2 ) zer­legt wer­den.

His­to­risch ge­lang dies im 19. Jahr­hun­dert dem Che­mi­ker Au­gust Wil­helm von Hof­mann mit dem nach ihm be­nann­ten Hof­mann’schen Was­ser­zer­set­zer (sche­ma­ti­sche Ab­bil­dung s. rechts). Wich­tig war hier­bei die Tren­nung der sich bil­den­den Gase Was­ser­stoff und Sau­er­stoff, da diese ex­plo­si­ons­ar­tig mit­ein­an­der re­agie­ren kön­nen.

Heute kann die­ses Ex­pe­ri­ment sehr ein­fach mit Hilfe eines Elek­tro­ly­se­urs durch­ge­führt wer­den.
Was­ser wird bei einer Span­nung von 2,00 V elek­tro­ly­siert . Wich­tigs­tes Bau­teil des Elek­tro­ly­se­urs ist die PEM ( P roton E xch­an­ge M em­bra­ne). Die Ober­flä­che der PEM ist mit einem Ka­ta­ly­sa­tor (hier: Edel­me­tal­le) be­legt. Die Gase Was­ser­stoff und Sau­er­stoff wer­den in ge­trenn­ten Gas­be­häl­tern ge­sam­melt.

Si­cher­heits­hin­wei­se:

Bei dem Ver­such ent­steht Was­ser­stoff, der mit Sau­er­stoff oder Luft ex­plo­si­ve Ge­mi­sche bil­den kann. Daher ist immer dar­auf zu ach­ten, dass die Schlauch­ver­bin­dun­gen rich­tig an­ge­bracht sind und sta­bil sit­zen. Auch dür­fen sich keine Zünd­quel­len in der Nähe der Ap­pa­ra­tur be­fin­den. Bei der elek­tri­schen Ver­schal­tung muss auf die rich­ti­ge Po­lung von Akku und Elek­tro­ly­seur ge­ach­tet wer­den.

Ma­te­ria­li­en:

Versuchsaufbau Zersetzung Wasser Elek­tro­ly­seur, Was­ser (de­mi­ne­ra­li­siert bzw. ent­salzt), Schlauch­ver­bin­dun­gen, 2 Spe­zi­al-Kabel mit zwei un­ter­schied­lich gro­ßen Ste­ckern, 2 Aus­gleichs­be­häl­ter (evtl. be­reits auf die Gas­spei­cher ge­schraubt) , Akku (2,0 V).

Der Elek­tro­ly­seur:

Die Abb. rechts zeigt den Auf­bau des Elek­tro­ly­se­urs mit Gas-Spei­cher­tanks sowie Be­zeich­nung der ein­zel­nen Bau­tei­le.

Durch­füh­rung Versuchsaufbau Zersetzung Wasser 4

Versuchsaufbau Zersetzung Wasser 3

  1. Be­fes­ti­ge – falls nicht be­reits ge­sche­hen – die Gas­lei­tun­gen an den Aus­gangs­an­schlüs­sen der Spei­cher­tanks.
  2. Schlie­ße die Aus­gangs­ven­ti­le (A) mit Schlauch­klem­men (Al­ter­na­tiv: Holz­klam­mern).
  3. Be­fül­le die Spei­cher­tanks bis zur Mar­kie­rung –A– mit de­mi­ne­ra­li­sier­tem Was­ser.
  4. Drü­cke die obe­ren Si­li­kon­schläu­che (B) mehr­mals zwi­schen zwei Fin­gern, bis sie mit Was­ser ge­füllt sind.
  5. Fülle de­mi­ne­ra­li­sier­tes Was­ser in die Spei­cher­tanks nach, wenn der Was­ser­spie­gel unter die Mar­kie­rung –A– ge­sun­ken ist.
  6. Setze die Aus­gleichs­be­häl­ter (C) auf die Spei­cher­tanks. Der Was­ser­spie­gel soll an den Aus­gleichs­be­häl­ter an­gren­zen. Wenn dies nicht der Fall ist, öffne kurz das Aus­gangs­ven­til.

Bitte die Ap­pa­ra­tur von der Lehr­kraft kon­trol­lie­ren las­sen!

  1. Schlie­ße einen Akku (2,0 V) mit den zu­ge­hö­ri­gen Spe­zi­al­ka­beln (zwei ver­schie­de­nen Ste­cker­grö­ßen) an den Elek­tro­ly­seur an. Versuchsaufbau Zersetzung Wasser 5 Achte dabei auf die rich­ti­ge Po­lung!!!
  2. Tren­ne die Ka­bel­ver­bin­dung, so­bald einer der bei­den Spei­cher voll ist, d.h. das Gas­vo­lu­men die un­te­re Mar­kie­rung er­reicht.

Aus­wer­tung:

    1. No­tie­re Deine Be­ob­ach­tun­gen.
    2. No­tie­re die Re­ak­ti­ons­glei­chung der ab­lau­fen­den Elek­tro­ly­se.
    3. In wel­chem Vo­lu­men­ver­hält­nis bil­den sich die bei­den Gase? Versuchsaufbau Zersetzung Wasser
    4. Fülle das Gas, das sich am po­si­ti­ven An­schluss des Elek­tro­ly­se­urs ge­bil­det hat in ein klei­nes Re­agenz­glas, indem du die­ses über den Schlauch von unten be­füllst und be­stä­ti­ge, dass es sich hier­bei um Sau­er­stoff han­delt.
    5. Fülle das Gas, das sich am ne­ga­ti­ven An­schluss des Elek­tro­ly­se­urs in ein klei­nes Re­agenz­glas, in dem du das Gas von unten in das klei­ne Re­agenz­glas füllst und an­schlie­ßend mit dem Dau­men zu­hältst. Ent­zün­det den Gas­bren­ner und führt das Re­agenz­glas mit der Öff­nung zur Bren­n­er­flam­me (Öff­nung nach unten hal­ten, Dau­men kurz vor der Flam­me von der Öff­nung ent­fer­nen). Diese Probe wird Knall­gas­pro­be ge­nannt.
    6. Stel­le den HOF­MANN’schen Was­ser­zer­set­zer und den Elek­tro­ly­seur ge­gen­über. Kenn­zeich­ne in bei­den sich ent­spre­chen­de Ap­pa­ra­tur­tei­le.
    7. Er­stel­le je einen Steck­brief von Was­ser­stoff und Sau­er­stoff.
    8. An wel­chem Akku-An­schluss (Plus- oder Mi­nus­pol) ent­steht wel­ches Gas?
    9. Er­klä­re, wieso die Re­agenz­glä­ser zur Iden­ti­fi­zie­rung der Gase wie oben be­schrie­ben be­füllt wer­den.

Auf­ga­ben

    1. Was­ser bil­det sich bei der Re­ak­ti­on der Ele­men­te Was­ser­stoff und Sau­er­stoff. Gib die Re­ak­ti­ons­g­lei-chung bei der Bil­dung von Was­ser aus den Ele­men­ten an.
    2. Be­grün­de, in wel­chem Vo­lu­men­ver­hält­nis re­agie­ren die Gase Was­ser­stoff und Sau­er­stoff zu Was­ser?
    3. Be­rech­ne aus dem Vo­lu­men­ver­hält­nis das Mas­sen­ver­hält­nis, in dem Was­ser­stoff und Sau­er­stoff zu Was­ser re­agie­ren. Hier­zu sind nach­fol­gen­de Dich­te-Werte für die Ele­men­te Was­ser­stoff und Sau­er­stoff an­ge­ge­ben. Kläre vorab mit dei­nem Prak­ti­kums­part­ner die Be­grif­fe Stan­dard- und Norm­be­din­gun­gen.

    Ele­ment

    Sau­er­stoff

    Was­ser­stoff

    Dich­te unter Stan­dard­be­din­gun­gen

    1,33 g/l

    0,0833 g/l

    Dich­te unter Norm­be­din­gun­gen

    1,43 g/l

    0,0899 g/l


    1. Be­grün­de, wieso die Gas­dich­te von Sau­er­stoff und Was­ser­stoff unter Norm­be­din­gun­gen grö­ßer ist als unter Stan­dard­be­din­gun­gen.
    2. Be­rech­ne das Mas­sen­ver­hält­nis für Norm- bzw. Stan­dard­be­din­gun­gen. Be­grün­de das Er­geb­nis.
    3. Be­rech­ne das Vo­lu­men an Was­ser­stoff, das zur voll­stän­di­gen Um­set­zung von 5 Liter Sau­er­stoff be­nö­tigt wird (SB). Wie viel Gramm Was­ser bil­den sich bei der Re­ak­ti­on?
    4. Be­schrei­be, wie Was­ser che­misch nach­ge­wie­sen wer­den kann.
    5. Ein Phy­si­ker möch­te nach­wei­sen, dass es sich bei einer farb­lo­sen Flüs­sig­keit um Was­ser han­delt. Er­läu­te­re phy­si­ka­li­sche Mög­lich­kei­ten der Un­ter­su­chung
    6. Be­rech­ne, wie viel Gramm Was­ser­stoff voll­stän­dig mit 1,5 kg Sau­er­stoff re­agie­ren.
    7. Was­ser­stoff wird immer wie­der als En­er­gie­trä­ger der Zu­kunft dis­ku­tiert.
      • Dis­ku­tie­re mit dei­nem Prak­ti­kums­part­ner, wel­che Vor- und Nach­tei­le Was­ser­stoff als En­er­gie­trä­ger hat und be­rei­te ein Pos­ter / Prä­sen­ta­ti­on zur Vor­stel­lung in der Klas­se vor.
      • In­for­mie­re Dich mit Hilfe ge­eig­ne­ter Quel­len, wie Was­ser­stoff her­ge­stellt wer­den kann.
      • Dis­ku­tie­re, ob dem­nach Was­ser­stoff ein mög­li­cher En­er­gie­trä­ger der Zu­kunft sein kann.

 

Zer­set­zung von Was­ser: Her­un­ter­la­den [doc] [373 KB]
Zer­set­zung von Was­ser: Her­un­ter­la­den [pdf] [768 KB]

Ar­beits­blatt: Zer­set­zung von Was­ser: Her­un­ter­la­den [doc] [372KB]
Ar­beits­blatt: Zer­set­zung von Was­ser: Her­un­ter­la­den [pdf] [773 KB