Darstellung von Ozon
von Marc Ehlers
Ziel des Versuchs In diesem Versuch wird Ozon dargestellt aus schwefliger Säure, um den SuS eine allotrope Form des Luftsauerstoffs zu präsentieren.
Vorbemerkung
In diesem Versuch wird Ozon über eine Elektrolyse von 5 M Schwefelsäure synthetisiert und im Anschluss durch die Ballonprobe und Kaliumiodid-Stärke-Papier nachgewiesen. Dabei werden die Nachweisreaktionen einer allotropen Erscheinungsform des Sauerstoffs in den Mittelpunkt gestellt. Besonders zu beachten bei diesem Versuch ist, dass ein Überschuss an Ozon nach Beenden des Experiments sofort sachgerecht entsorgt werden muss. Für das Gelingen dieses Versuchs ist es notwendig, Reinplatinelektroden zu verwenden, da ansonsten kein Ozon bei der Elektrolyse entsteht.
Die SuS benötigen als Vorwissen idealerweise die Symbolschreibweise des Sauerstoffmoleküls und besitzen oberflächliche Kenntnis des Ozons durch die Ozonlochproblematik.
Materialien
Chemikalien
Gefahrstoffe
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS-Piktogramme |
|---|---|---|---|
| Wasserstoff | H220 | – |
|
| Schwefelsäure 10% | H319, H315 | P280, P302+P352, P305+P351+P338 |
|
| Kaliumiodid-Stärke-Papier | – | – | – |
| Iod | H332, H312, H400 | – |
|
| Natriumthiosulfatlösung 0,1 M | – | – | – |
Durchführung
Der Hofmannsche Zersetzungsapparat mit Platinelektroden wird mit der 5 M Schwefelsäure befüllt. Eine Spannungsquelle wird über Kabelverbindungen mit den Elektroden verbunden. Zur Überprüfung der angelegten Spannung kann ein Voltmeter parallelgeschaltet werden. Die Hähne bleiben zunächst geschlossen. Der Ballon wird aufgepustet und über dem Hahn der Anode platziert. Die Spannungsquelle wird eingeschaltet und eine Spannung von 13 V wird angelegt. Ab einem entstandenen Volumen von 5 mL auf der Anodenseite kann der Hahn geöffnet werden und zunächst der gefüllte Ballon und anschließend das Kaliumiodid-Stärke-Papier mit Ozon bestrahlt werden.
Falls erwünscht, kann der entstandene Wasserstoff ebenfalls aufgefangen und nachgewiesen werden.
Beobachtung
Abbildungen
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Abb. 1: Hofmannscher Zersetzungsapparat zur Ozonherstellung gefüllt mit 5 M Schwefelsäure mit einer Elektrolyse bei 13 V (Skizze). Ein Ballon dient zur Ballonprobe.
Deutung
In dem Zersetzungsapparat werden Wasserstoff an der Kathode und Ozon an der Anode erzeugt:
Kathodenreaktion: 2 H3O+(aq) + 2 e- → H2 (g) + 2 H2O(l)
Anodenreaktion: 3 H2O(l) → O(ads) + 2 H3O+(aq) + 2 e-
O(ads) + O2 (ads) → O3 (g)
Der Wasserstoff wird durch die Knallgasprobe nachgewiesen:
2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O(l)
Das Ozon greift die Gummihaut des Ballons an, wodurch dieser instabil wird und platzt. Das Kaliumiodid-Stärke-Papier färbt sich blau:
O3 (g) + 2 I-(s) + H2O(l) → O2 (g) + I2 (s) + 2 OH-(aq)