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Bestimmung der Anzahl der C-Atomes eines Alkans

von Anne Steinkuhle

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Ziel des Versuchs Die Anzahl der Kohlenstoffatome eines gasförmigen Alkans können anhand des folgenden Versuchs bestimmt werden.

Vorbemerkung

Bei diesem Versuch wird eine quantitative Methode zur Bestimmung der Anzahl der Kohlenstoffatome eines unbekannten Alkans vorgestellt. Dies geschieht durch eine Redoxreaktion mit Kupfer(II)-oxid. Die SuS sollten hierzu Vorkenntnisse zu Redoxreaktionen besitzen.

Materialien

2 Kolbenprober, Verbrennungsrohr, Stativmaterial, Schläuche, Bunsenbrenner, Glaswolle, durchbohrte Stopfen

Chemikalien

Butan, Kupfer(II)-oxid

Gefahrstoffe

Gefahrstoff H-Sätze P-Sätze GHS-Piktogramme
Butan H220 – GHS02 GHS04
Kupfer(II)-oxid H302, H410 P273, P301+P312 GHS07 GHS09
Kupfer – – –

Durchführung

In einem Verbrennungsrohr werden Kupfer(II)-oxid-Späne querschnittfüllend zwischen Glaswolle gelegt. Das Glasrohr wird anschließend mit durchbohrten Stopfen verschlossen und mit zwei Kolbenprobern verbunden. In einen der Kolbenprober wurden zuvor 20 mL Butan gefüllt. Nun wird das Gas wieder und wieder über die mit dem Bunsenbrenner stark erhitzten Kupfer(II)-oxid-Späne bewegt. Das nach vollständigem Ablauf der Verbrennungsreaktion erhaltene Gasvolumen wird anschließend ermittelt.

Beobachtung

Das zuvor schwarz-graue Kupfer(II)-oxid wird kupferrot. Es bildet sich ein Gasvolumen von 80 mL.

Abbildungen

  • Abb. 1: Versuchsaufbau zur Bestimmung der Anzahl der C-Atome eines Alkans
  • Abb. 2: Kupfer(II)-oxid-Späne nach der Reaktion mit Butan

Deutung

Es findet eine Redoxreaktion statt. Butan wird zu Kohlenstoffdioxid oxidiert und Kupfer(II)-oxid zu Kupfer reduziert.

C4H6 (g) + 11 CuO(s) → 4 CO2 (g) + 11 Cu(s) + 3 H2O(l)

Nach folgender Formel kann (zusätzlich zur Stöchiometrie der Reaktionsgleichung) berechnet werden, dass pro Butanmolekül vier Kohlenstoffdioxidmoleküle entstehen.

n(CxHy) : n(CO2) = 1 : x

⇒ x = n(CO2) / n(CxHy)

⇒ x = V(CO2) / V(CxHy) = 80 mL / 20 mL = 4

Entsorgung

Feststoffabfall

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse

Der Versuch kann als Einstieg in das Thema Alkane genutzt werden, da er in einfacher Weise verdeutlicht, dass die Anzahl der C-Atome in der homologen Reihe der Alkane steigt. Aufgrund des etwas komplexeren Aufbaus und des Abfüllens des Gases sollte der Versuch nur von der Lehrkraft durchgeführt werden.

Literatur

W. Glöckner, W. Jansen, R. G. Weissenhorn, Handbuch der experimentellen Chemie, Sekundarbereich II, Band 9:Kohlenwasserstoffe, Aulis Verlag Deubner (2005), S. 58