Lernaufgaben: Wie gefährlich ist Rohrreiniger? – konduktometrische Messung

Bildungsplanbezug

Inhaltsbezogene Kompetenzen

3.4.3 Säure-Base-Gleichgewichte

(13) eine konduktometrische Messung durchführen und auswerten

Prozessbezogene Kompetenzen

2.1. Erkenntnisgewinnung

(5) qualitative und quantitative Experimente unter Beachtung von Sicherheits- und Umweltaspekten durchführen, beschreiben, protokollieren und auswerten

2.2 Kommunikation

(3) Informationen in Form von Tabellen, Diagrammen, Bildern und Texten darstellen und Darstellungsformen ineinander überführen

(10) als Team ihre Arbeit planen, strukturieren, reflektieren und präsentieren

Hinweise für die Lehrkraft

• Die Lernaufgabe behandelt folgende Inhalte:

  Durchführung und Auswertung einer konduktometrischen Messung

  Berechnungen zu Stoffmengenkonzentration und Massenanteil

  Beschreibung der Hydrolyse von Ester- und Peptidbindungen

  Beurteilung des Gefährdungspotenzials von Rohrreiniger

• Bei der Durchführung der konduktometrischen Messung wird davon ausgegangen, dass die Schülerinnen und Schüler mit der Funktionsweise des verwendeten Messwerterfassungs-systems bereits vertraut sind.
• Der zu untersuchende flüssige Rohrreiniger enthält Natronlauge bzw. Kalilauge (z.B. Denkmit® Rohrreiniger: 20%ige Natronlauge, Hotrega® Abfluss-Fix: 45%ige Kalilauge). (Rorax® Rohrfrei Power-Gel und Drano® Power-Gel Rohrfrei enthalten zusätzlich Natriumhypochlorit als Oxidationsmittel; diese sollten daher nicht verwendet werden).
• Für die Lernaufgabe wird der Rohrreiniger entsprechend verdünnt, so dass bei der Leitfähigkeitstitration bis zum Erreichen des Äquivalenzpunkts ca. 10 mL Salzsäure (c = 1 mol·L^{- 1}) benötigt werden. Die Auswertung des Schülerexperiments in dieser Lernaufgabe bezieht sich auf den Denkmit® Rohrreiniger, der 20%ige Natronlauge enthält.
• Die vorliegende Lernaufgabe ist in 4 Teilaufgaben mit experimentellen Anteilen gegliedert.

  In den ersten beiden Teilaufgaben führen die Lernenden eine konduktometrische Messung durch und werten diese aus, um die Stoffmengenkonzentration an Natriumhydroxid in Rohrreiniger zu bestimmen.

  In den anschließenden beiden Teilaufgaben setzten sich die Lernenden mit der Wirkungsweise von Rohrreiniger und seinem Gefährdungspotenzial auseinander.

• Bearbeitungszeit: 90 Minuten

Kontext

Wenn der Abfluss verstopft ist, versprechen im Handel frei verkäufliche Rohrreiniger schnelle Hilfe. Die ätzenden Rohrreiniger gehören zu den gefährlichsten chemischen Haushaltsprodukten, deren unsachgemäße Anwendung immer wieder zu Unfällen führt.

Beispielsweise berichtet die Süddeutsche Zeitung vom 15. November 2022 über einen Unfall in Zusammenhang mit Rohrreiniger sueddeutsche.de

Aufgaben

Aufgabe 1

Planen Sie eine Säure-Base-Titration zur Bestimmung der Stoffmengenkonzentration von Natriumhydroxid in diesem Rohrreiniger (M1). Bei dieser Titration wird der Endpunkt durch eine Leitfähigkeitsmessung bestimmt (konduktometrische Messung). Notieren Sie die Schritte der Versuchsdurchführung.

Führen Sie nach Rücksprache mit der Lehrkraft das Experiment durch. Skizzieren Sie den aufgenommenen Graphen oder machen Sie einen Screenshot und drucken Sie diesen aus.

Aufgabe 2

Erklären Sie mit Hilfe der Tabelle den Verlauf der Titrationskurve.

Berechnen Sie aus dem Verlauf der Titrationskurve die Stoffmengenkonzentration an Natriumhydroxid in dem Rohrreiniger sowie den Massenanteil an Natriumhydroxid (M2). Vergleichen Sie Ihren Wert mit der Angabe auf dem Rohrreiniger.

Recherchieren Sie die Dichte von Natronlauge bei verschiedenen Konzentrationen. Stellen Sie eine Hypothese auf für die Abweichung des experimentell ermittelten Massenanteils von der Angabe auf dem Etikett des Rohrreinigers.

Aufgabe 3

Begründen Sie die Wirkungsweise von alkalischem Rohrreiniger auf Fett und auf Haare (M3).

Aufabe 4

4. Erstellen Sie Sicherheitshinweise für das Etikett des Rohrreinigers (M4).

Schätzen Sie die Stoffmengenkonzentration der Natronlauge in der Limonade für den ungeliebten Ehemann ab (M5) und recherchieren Sie für diese Stoffmengenkonzentration eventuelle Gefahrenhinweise.

M1 Schülerexperiment

Materialien

Titrationsapparatur:

• Bürette am Stativ
• Magnetrührer mit Rührfisch
• 10 mL Pipette mit Pipettierhilfe
• 25 mL Messzylinder
• 150 mL Becherglas
• Trichter

Messwerterfassungssystem:

• Tablet mit App für Messwerterfassung
• Leitfähigkeitssensor
• evtl. Tropfenzähler

Chemikalien

• Probelösung: 2 mL des flüssigen Rohrreinigers werden auf 20 mL verdünnt.
• Maßlösung: Salzsäure c = 1 mol·L^-1
• dest. Wasser

M2 Ionenleitfähigkeit

Die elektrische Leitfähigkeit von wässrigen Lösungen hängt u.a. von der Art der gelösten Ionen und ihrer Konzentration ab. Die elektrische Gesamtleitfähigkeit setzt sich additiv aus den Einzelleitfähigkeiten aller in der Lösung vorhandenen Ionen zusammen. Einen besonders hohen Beitrag leisten die Oxonium-Ionen. In geringerem Maße tragen die Hydroxid-Ionen und noch weniger alle übrigen Ionen zur elektrischen Leitfähigkeit in wässrigen Lösungen bei.

M3 Wirkung von Hydroxid-Ionen auf Fett-Moleküle und auf Protein-Moleküle

Fette und Haare sind die Hauptverursacher der Verstopfungen von Abflüssen in der Küche bzw. im Bad. Haare bestehen aus Keratin, einem Protein. Die im Rohrreiniger enthaltenen Hydroxid-Ionen sorgen in wässriger Lösung dafür, dass Fett-Moleküle und Protein-Moleküle gespalten werden.

M4 Auszug aus dem Sicherheitsdatenblatt von Natronlauge 20%

Quelle: Sicherheitsdatenblatt von Natronlauge 20% [pdf] chemos.de

M5 Gefährlichkeit von Rohrreiniger

Um ihren ungeliebten Ehemann loszuwerden, mischt eine Ehefrau täglich eine Verschlusskappe voll Rohrreiniger in das Glas mit Limonade, das sie ihrem Mann serviert.

Die RTL-News vom 12. August 2022 zeigen das Beweisvideo. rtl.de