Ziel des Versuchs: Der Versuch stellt eine Elektronenübertragungsreaktion dar, an welcher kein Sauerstoff beteiligt ist. Zur Erklärung des Experiments wird an Vorwissen der SuS der erweiterte Redoxbegriff benötigt.
| Thema: Erweiterter Redoxbegriff | Tags: Erweiterter Redoxbegriff, Redoxreihe, edle und unedle Metalle | Klassenstufen: 7-8 | Versuchsart: SV |
Materialien
16 Bechergläser (50 mL)/16 Reagenzgläser
Chemikalien
je vier Zink-, Eisen-, Kupfer-, Silberbleche, Zinksulfat-Heptahydrat, Eisensulfat-Heptahydrat, Kupfersulfat-Pentahydrat, Silbernitrat
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS |
|---|---|---|---|
| Zink gekörnt | H260-H250-H410 | -- |   |
| Eisen Pulver | H228 | P280 | |
| Kupfer | -- | -- | |
| Silber Wolle | -- | -- | |
| Zinksulfat-7-H2O | H302-H318-H410 | -- |   |
| Kupfer(II)-sulfat-Lösung 0,1 M | H410 | P273-P501 | |
| Silbernitratlösung 0,1 M | H315-H319-H410 | P273-P305+P351+P338-P501 | |
Durchführung
In je vier Bechergläser wird Zinksulfat-, Eisensulfat-, Kupfersulfat- bzw. Silbernitratlösung gefüllt. Die Metallbleche werden so auf die Bechergläser verteilt, dass jedes Metall mit jeder Metallionen-Lösung einmal kombiniert wird.
Beobachtung
Von links nach rechts sind die Bechergläser jeweils mit Silbernitrat-Lösung, Kupfersulfat-Pentahydrat-Lösung, Eisensulfat-Heptahydrat-Lösung und Zinksulfat-Heptahydrat-Lösung befüllt.
Abbildung 1 entsprechend ist keine Veränderung an den Silberelektroden sichtbar. Auf dem Kupferblech, welches in die Silbernitrat-Lösung gestellt ist, ist ein gräulich-schwarzer Überzug sichtbar (Abb. 2). Ebenso ist auf dem Eisennagel, welcher sich in der Kupfersulfat-Lösung befindet, ein rötlicher Überzug zu erkennen (Abb. 3). Auf den Zinkblechen in Silbernitrat- und Kupfersulfat-Lösung bildet sich jeweils ein schwarzer Überzug (Abb. 4). Alle anderen Kombinationen lassen keine Reaktion erkennen.
Deutung
Bei dem Überzug auf dem Kupferblech in Silbernitrat-Lösung handelt es sich um elementares Silber. Dass dieses sich nicht glänzend abscheidet, liegt daran, dass fein verteilte Metalle schwarz sind. An dem Eisennagel in Kupfersulfat-Lösung scheidet sich elementares Kupfer ab. Die Überzüge der Zinkbleche sind dementsprechend ebenso Silber bzw. Kupfer.
Die SuS sollen mithilfe dieses Versuches eine Redoxreihe der Metalle aufstellen. Zu erwarten wären folgende Ergebnisse gewesen:
| Zink | Eisen | Kupfer | Silber | |
|---|---|---|---|---|
| Zinksulfat-Lösung | - | - | - | - |
| Eisensulfat-Lösung | + | - | - | - |
| Kupfersulfat-Lösung | + | + | - | - |
| Silbernitrat-Lösung | + | + | + | - |
Zink-Atome können in allen Fällen Elektronen abgeben - außer in der Zinkionen-Lösung bzw. ist dort keine Reaktion sichtbar (siehe Reaktionsgleichung). Zink ist in dieser Reihe das unedelste Metall, es gibt am leichtesten Elektronen an Elektronenakzeptoren ab. Die ausbleibende Reaktion mit der Eisensulfat-Lösung liegt evtl. an einer nicht lange genug anhaltenden Wartezeit oder bereits einem Altern der Eisensulfat-Lösung.
Reduktion: Zn2+ + 2e− → Zn
Oxidation: Zn → Zn2+ + 2e−
Redoxreaktion: Zn2+(aq) + Zn(s) → Zn2+(aq) + Zn(s)
Reduktion: Fe2+ + 2e− → Fe
Oxidation: Zn → Zn2+ + 2e−
Redoxreaktion: Fe2+(aq) + Zn → Fe(s) + Zn2+(aq)
Reduktion: Cu2+ + 2e− → Cu
Oxidation: Zn → Zn2+ + 2e−
Redoxreaktion: Cu2+(aq) + Zn → Cu(s) + Zn2+(aq)
Reduktion: Ag+ + e- → Ag |·2
Oxidation: Zn → Zn2+ + 2e−
Redoxreaktion: 2Ag+(aq) + Zn(s) → Zn2+(aq) + 2Ag(s)
Eisen-Atome sollten Elektronen an Kupfer- bzw. Silberionen abgeben. Die ausbleibende Reaktion mit der Silbernitrat-Lösung liegt evtl. am nicht ausreichenden Schmirgeln des Eisen-Nagels.
Es zeigt sich, dass Eisen ebenfalls sehr unedel, jedoch nicht unedler als Zink ist, da dieses Elektronen an die Eisenionen abgibt.
Reduktion: Fe2+ + 2e− → Fe
Oxidation: Fe → Fe2+ + 2e−
Redoxreaktion: Fe2+(aq) + Fe(s) → Fe2+(aq) + Fe(s)
Reduktion: Cu2+ + 2e− → Cu
Oxidation: Fe → Fe2+ + 2e−
Redoxreaktion: Cu2+(aq) + Fe → Cu(s) + Fe2+(aq)
Reduktion: Ag+ + e- → Ag |·2
Oxidation: Fe → Fe2+ + 2e−
Redoxreaktion: 2Ag+(aq) + Fe(s) → Fe2+(aq) + 2Ag(s)
Kupfer-Atome geben ihre Elektronen lediglich an die Silberionen ab. Somit ist Kupfer edler als Zink und Eisen.
Reduktion: Cu2+ + 2e− → Cu
Oxidation: Cu → Cu2+ + 2e−
Redoxreaktion: Cu2+(aq) + Cu (s) → Cu2+(aq) + Cu (s)
Reduktion: Ag+ + e- → Ag |·2
Oxidation: Cu → Cu2+ + 2e−
Redoxreaktion: 2Ag+(aq) + Cu(s) → Cu2+(aq) + 2Ag(s)
Silber ist hier das edelste Metall, denn es reagiert mit keiner der Metallionen-Lösungen.
Reduktion: Ag+ + e- → Ag
Oxidation: Ag → Ag+ + e-
Redoxreaktion: Ag+(aq) + Ag(s) → Ag+(aq) + Ag(s)
Es ergibt sich also eine Reihe der betrachteten Metalle von unedel zu edel über Zink, Eisen, Kupfer und Silber.
Entsorgung
Die Lösungen sind im Schwermetall-Abfall zu entsorgen.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Wenn der Versuch keine eindeutigen Ergebnisse liefert bzw. ebenso wie hier einige Reaktionen nicht ablaufen, sollte eine Fehleranalyse durchgeführt werden. Ergänzt werden kann dies um Videos und Bilder, die eine unverkennbare Reaktion dokumentieren.
Literatur
[4] Uni Göttingen, Praktikumsskript zum Anorganisch-Chemischen Praktikum für Lehramtskandidaten, 2013, S. 72.
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