Ziel des Versuchs: In diesem Versuch wird Ozon dargestellt aus schwefliger Säure, um den SuS eine allotrope Form des Luftsauerstoffs zu präsentieren.
| Thema: Sauerstoff | Tags: Ozon, schweflige Säure, Elektrolyse | Klassenstufen: 7-8 | Versuchsart: LV |
Materialien
Hofmannscher Zersetzungsapparat, Reinplatinelektroden, Spannungsquelle, Kabelverbindungen, Luftballon, Kaliumiodid-Stärke-Papier
Chemikalien
5 M Schwefelsäure, Natriumthiosulfat
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS |
|---|---|---|---|
| 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
Es ist eine Blasenbildung zu sehen. Auf der Seite der Kathode entsteht mehr Gas als auf der Seite der Anode. Der Ballon platzt nach Bestrahlen mit Anodengas, bei Kathodengas bleibt der Ballon unverändert. Das Kaliumiodid-Stärke-Papier verfärbt sich nach Bestrahlen mit Anodengas blau, bei Bestrahlen mit Kathodengas bleibt es unverändert.
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)
Entsorgung
Ballonreste und benutztes Kaliumiodid-Stärke-Papier werden in den Feststoffabfall gegeben. Ozon durch einen Trockenturm leiten, der mit Tonscherben gefüllt ist. Zur Zerstörung des Ozons sind diese Scherben mit 5 %iger Natronlauge oder anderen Reduktionsmitteln, wie z.B. Natriumdisulfitlösung, benetzt. Lösemittel und Olefine werden als halogenfreie oder halogenhaltige Lösemittelabfälle entsorgt.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Dieser Versuch kann bei der Erarbeitung des Sauerstoffgehalts der Luft durchgeführt werden, um eine weitere Erscheinungsform des Sauerstoffelements in der Atmosphäre und damit allotrope Erscheinungsformen aufzuzeigen. Da Ozon als ein Vertreter der atmosphärischen Spurengase die Lebewesen vor dem Einfluss des UV-Lichts schützt, kann es an dieser Stelle erwähnt werden. Es muss allerdings darauf geachtet werden, dass der Versuch unter dem Abzug durchgeführt wird und Ozon gleich entsorgt wird.
Literatur
I. Parchmann, et al Behandlung des Themas Ozon im Chemieunterricht mit Hilfe anschaulicher Experimente, Plus Lucis, 5. Jahrgang, Nr. 1, 1997, S. 27-31
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