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Reduktion von Kupferoxid durch Kohlenstoff

von Jannik Nöhles

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Ziel des Versuchs Die SuS lernen, dass nicht nur Metalle an Redoxreaktionen beteiligt sein können.

Vorbemerkung

In diesem Versuch wird Kupferoxid durch Kohlenstoff zu elementarem Kupfer reduziert. Dabei entsteht Kohlenstoffdioxid. Dadurch lässt sich zeigen, dass auch Nichtmetalle an Redoxreaktionen beteiligt sein können. Die SuS sollten Redoxreaktionen bereits kennen und wissen, dass Kohlenstoffdioxid sich mit Kalkwasser nachweisen lässt.

Materialien

Duran-Reagenzglas, Becherglas, durchbohrter Gummistopfen, gebogenes Glasrohr, Gasbrenner, Stativ und Klemmen

Chemikalien

Kupferoxid, Aktivkohle, Calciumhydroxid

Gefahrstoffe

Gefahrstoff H-Sätze P-Sätze GHS-Piktogramme
Kupfer(II)-oxid H302, H410 P273, P301+P312 GHS07 GHS09
Aktivkohle gekörnt – – –
Kalkwasser Lösung H318 P280, P305+P351+P338, P309+P310 GHS05
Kupfer – – –
Kohlenstoffdioxid H280 P410+P403 GHS04

Durchführung

Das Duran-Reagenzglas wird waagerecht mithilfe einer Stativklemme eingespannt. Anschließend wird es mit einem Gemisch aus 2 g Kupferoxid und 0,2 g Aktivkohle befüllt. Das Reagenzglas wird durch den Stopfen verschlossen, welcher von einem gewinkelten Glasrohr durchbohrt wird. Das ableitende Glasrohr endet in einem Becherglas gefüllt mit einer Calciumhydroxid-Lösung (Kalkwasser). Das Reagenzglas wird dann mit dem Gasbrenner erhitzt bis das Gemisch aufglüht. Sobald das Gemisch aufglüht sofort den Stopfen lösen!

Das Entfernen des Stopfens ist nötig, da sich nach Beendigung der Reaktion das Gas in dem Reagenzglas zusammenzieht und ein Unterdruck entsteht der das Kalkwasser ins Reagenzglas saugen würde. Durch den Temperaturunterschied des kalten Wassers und des heißen Glases könnte das Reagenzglas dabei springen.

Beobachtung

Im Reaktionsgemisch ist ein rotes Glühen zu erkennen. Im Kalkwasser zeigt sich ein weißer Niederschlag und nach der Reaktion ist im Reagenzglas ein rotgolden glänzender Stoff zu sehen.

Abbildungen

  • Abb. 1: Ergebnis der Reduktion von Kupferoxid mit Kohlenstoff
  • Abb. 2: Versuchsaufbau Reduktion von Kupferoxid mit Kohlenstoff

Deutung

Das Kupferoxid wird durch den Kohlenstoff reduziert. Es findet also eine Sauerstoffübertragung vom Kupferoxid auf den Kohlenstoff nachfolgender Reaktionsgleichung statt:

2CuO(s) → O2(g) + 2Cu(s)

C(s) + O2(g) → CO2(g)

Gesamtgleichung: 2CuO(s) + C(s) → CO2(g) + 2Cu(s)

Das entstehende Kohlenstoffdioxid wird mithilfe des Kalkwasser durch Bildung des schwer löslichen Calciumcarbonats nachgewiesen.

CO2(g) + 2Ca(OH)2(aq) → CaCO3(s) + H2O(l)

Entsorgung

Alle verbliebenen Feststoffe können im Feststoffabfall entsorgt werden. Die Calciumhydroxid-Lösung wird neutralisiert und im Ausguss entsorgt.

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse

Dieser Versuch kann eingesetzt werden um SuS deutlich zu machen, dass auch Nichtmetalle an Redoxreaktionen beteiligt sein können. Außerdem spielt Kohlenstoff als Reduktionsmittel eine große Rolle im Hochofenprozess, weshalb dieser Versuch auch in diesem Rahmen genutzt werden kann.

Literatur

Hamm, J. http://www.hamm-chemie.de/k7/k7ab/red_cuo_c.htm (Zuletzt abgerufen am 26.07.2016)