Autokatalyse bei der Permangant- und Oxalsäure-Oxidation

In diesem Versuch wird die autokatalytische Reaktion von der Permanganat- und Oxalsäure-Oxidation gezeigt. Als Vorwissen wird bei den Schülerinnen und Schülern die Aktivierungsenergie und die Funktionsweise eines Katalysators vorausgesetzt. Dieser Versuch soll den Schülerinnen und Schülern zeigen, dass Zwischenstufen einer chemischen Reaktion ebenfalls eine katalytische Wirkung auf eine Umsetzungsreaktion haben können und die Katalysatoren nicht immer von außerhalb zugeführt werden müssen.

6 Reagenzgläser, Reagenzglasständer, 3 Pipetten, Peleusball, Spritzflasche, Abzug, 6 Gummistopfen

Oxalsäure (c= 0,05 mol/L), Kaliumpermanganat (c= 0,02 mol/L, frisch zubereitet), Mangansulfat (c= 0,1 mol/L), halbkonzentrierte Schwefelsäure

Zu Beginn werden die Reagenzgläser von 1-5 durchnummeriert. In das unbeschriftete Reagenzglas werden 2 mL Wasser gefüllt. In die beschrifteten Reagenzgläser 1-5 werden 2 mL Oxalsäure und 1 mL Schwefelsäure gefüllt. In das Reagenzglas 1 wird keine Mangansulfat-Lösung gegeben. In die Reagenzgläser 2-5 werden 0,1, 0,2, 0,4, 0,5 mL Mangansulfat-Lösung gegeben. Alle Reagenzgläser werden mit destilliertem Wasser auf das gleiche Volumen gebracht. Nun wird in alle 6 Reagenzgläser 1 mL Kalimpermanganat gegeben. Das unbeschriftete Reagenzglas dient als Vergleichsprobe. Die Zeiten bis zur vollständigen Entfärbung sollten notiert werden.

In dem Vergleichsreagenzglas liegt eine violette Färbung durch das Kaliumpermanganat vor. Diese Färbung tritt bei all den anderen Reagenzgläsern auch auf, nur, dass die violette Färbung sich nach kurzer Zeit ändert. Der Farbverlauf reicht von violett über braun (siehe Abbildung 1) zu farblos (siehe Abbildung 2). Es wird ebenfalls beobachtet, dass die Zeit der Entfärbung von Reagenzglas 1-5 in immer kürzeren Zeitintervallen geschieht.

Die violette Färbung im Vergleichsglas ist durch das Kaliumpermanganat bedingt. Die braune Farbe der Lösungen 2-5 in der Abbildung 1 kommt durch Manganoxid, das auch Braunstein genannt wird, zustande. In Abbildung 2 sind die Lösungen 1-5 als farblos zu erkennen. Dies zeigt das Ende der Oxidationsreaktion von Kaliumpermanganat mit Oxalsäure an.

Das immer kürzer werdende Zeitintervall der Entfärbung ist dadurch bedingt, dass die Mn²⁺-Ionen die Reaktion katalysieren. Je mehr Mn²⁺-Ionen, die aus dem Mangansulfat stammen, vorhanden sind, desto schneller verläuft die Reaktion. Das Reagenzglas 1 benötigt die längste Zeit zur Entfärbung, da hier im Vorfeld keine Mn²⁺-Ionen in Form von Mangansulfat hinzugefügt wurden. Dort muss die Reaktion bis zur Bildung von Mn²⁺-Ionen ablaufen und erst diese gebildeten Ionen katalysieren die Reaktion. Der Braunstein ist ein stabiles Zwischenprodukt, wird im Verlauf der Reaktion gebildet und wieder umgesetzt. Damit die Reaktion nicht auf der Stufe des Braunsteins stehen bleibt, wurde mit Schwefelsäure angesäuert, da die Oxidation vom Permanganat-Ion bis zum Mangan-Ion im sauren Bereich stattfinden kann.

Wortgleichung:

Oxalsäure + Kaliumpermanganat + Protonen → Kohlen- stoffdioxid + Mangan-Ionen +Wasser

Teilgleichungen:

Oxidation:   COOH-COOH → 2 CO₂ + 2 e^- + 2 H⁺

Reduktion:   2 MnO₄^- + 16 H⁺ + 10 e^- → 2 Mn²⁺ + 8 H₂O

Gesamt Redoxgleichung

5 COOH-COOH + 2 MnO₄^-_(aq) + 6 H⁺_(aq) ⇌ 10 CO_{2 (g)} + 2 Mn²⁺_(aq) + 8 H₂O_(l)

Die Reste der werden in den Schwermetallbehälter gegeben.

D. Wiechoczek, http://www.chemieunterricht.de/dc2/katalyse/vkat-005.htm 27.07.16 (Zuletzt abgerufen am 27.07.16 um 20:45 Uhr).