Die hygroskopische Wirkung der schwefelsäure
von Niklas Heier
Ziel des Versuchs Dieser Versuch ist in drei Teilversuche aufgeteilt. Der erste zeigt, dass Schwefelsäure der Luft Wasser entzieht. Der zweite zeigt, wie Schwefelsäure den Zerfall der Ameisensäure katalysiert. Der dritte Versuch zeigt, dass Schwefelsäure Kupfersulfat-Pentahydrat Wasser entzieht.
Vorbemerkung
Schwefelsäure hat eine stark hygroskopische Wirkung, bindet also Wasser aus seiner Umgebung. Diese Eigenschaft zeichnet die Schwefelsäure besonders aus und sollte in diesem Lehrerversuch gezeigt und erarbeitet werden. Als Vorwissen sollten die SuS die Schwefelsäure bereits kennen und die Wirkungsweise von Säuren im Allgemeinen. Dieser Versuch teilt sich in 3 Teilversuche, die alle die Hygroskopie aufzeigen sollen.
Materialien
Duran-Reagenzglas mit Stopfen und Glasdüse, Waage, Abdampfschale, Reagenzglas, Reagenzglasständer
Chemikalien
konzentrierte Schwefelsäure, Kupfer(II)-sulfat Pentahydrat, Ameisensäure
Gefahrstoffe
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS-Piktogramme |
|---|---|---|---|
| Schwefelsäure konz. | H314 | – |
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| Kupfer(II)-sulfat-5-H2O | H302, H319, H315, H410 | P280, P273, P302+P352, P305+P351+P338, P309+P311 |
|
| Ameisensäure konz. | H314 | – |
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Durchführung
Folgende drei Teilversuche werden durchgeführt.
- Eine Abdampfschale wird bis zur Hälfte mit konz. Schwefelsäure befüllt und auf einer tarierten Waage gewogen. Nach 10 Minuten und in der nächsten Unterrichtsstunde wird die Masse überprüft.
- Für diesen Versuch wird im Abzug gearbeitet. In ein Duran-Reagenzglas werden 20 mL Ameisensäure und 10 mL konz. Schwefelsäure gegeben. Der Stopfen mit Glasdüse wird aufgesetzt und nach einiger Zeit wird das Ende der Düse entzündet.
- In ein Reagenzglas wird eine Spatelspitze Kupfer(II)-sulfat Pentahydrat gegeben. Auf das Salz werden ungefähr 6 mL konz. Schwefelsäure gegeben.
Beobachtung
- Die Masse steigt an.
- Es ist eine Gasentwicklung zu beobachten. Das ausströmende Gas verbrennt mit blauer Flamme.
- Das blaue Salz entfärbt sich.
Abbildungen
-
Abb. 1: Kohlenstoffmonoxid entsteht und verbrennt mit blauer Flamme -
Abb. 2: entfärbtes Kupfer(II)-sulfat
Deutung
Schwefelsäure entzieht seiner Umgebung Wasser. Im ersten Teilversuch bindet sie den Wasserdampf aus der Umgebung. Deshalb nimmt die Masse der Schale mit Schwefelsäure zu. Aber nicht nur der Luft entzieht konzentrierte Schwefelsäure Wasser, sondern auch anderen Flüssigkeiten wie Ameisensäure:
HCOOH(aq) → CO(g) + H2O(l)
- Bei obiger Reaktion fungiert die Schwefelsäure als Katalysator. Es entzieht der Ameisensäure das Wasser und begünstigt so die Entstehung von Kohlenstoffmonoxid, welches mit blauer Flamme brennt.
- Nicht nur anderen Flüssigkeiten, sondern auch Salzen kann Wasser, in diesem Fall Kristallwasser, entzogen werden. Dem Kupfer(II)-sulfat Pentahydrat wird die Hydrathülle entzogen und so wird aus dem blauen Pentahydrat das farblose, wasserfreie Kupfersalz.
Entsorgung
Das Kupfersalz wird in den Schwermetallbehälter gegeben. Das entstandene Kohlenstoffmonoxidgas wird im Abzug abgesaugt. Die Reste der Ameisen und Schwefelsäure werden neutralisiert und in den Abguss gegeben.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse
Dieser Versuch zeigt deutlich, dass Schwefelsäure ihrer Umgebung Wasser entzieht. Diese Eigenschaft ist nützlich, da konzentrierte Schwefelsäure so im Labor als Trockenmittel verwendet werden kann. Dieser Versuch ist ein Lehrerdemonstrationsversuch, da bei allen Teilversuchen konzentrierte Schwefelsäure benutzt wird, welche nicht für die Handhabung durch SuS geeignet ist. Es sollte beim Arbeiten unbedingt auf die nötige Schutzkleidung (Handschuhe, Schutzbrille, Kittel) geachtet werden. Außerdem ist Kohlenstoffmonoxid ein sehr giftiges Gas, weshalb dieser Versuch unbedingt unterm Abzug durchgeführt werden sollte.
Literatur
W. Glöckner et al., Handbuch der experimentellen Chemie Sekundarbereich II – Band 1: Wasserstoff, Stickstoff- und Sauerstoffgruppe, Aulis, 2002, 293 & 294.