Ziel des Versuchs: In diesem Verusch lernen die SuS ein industrielles Verfahren zur Schwefelsäureherstellung und beziehen dieses auf das Säure-Base-Konzept von Lavoisier.
| Thema: Von Arrhenius zu Brönsted | Tags: Schwefel, Nichtmetalle, Kontaktverfahren, Lavoisier | Klassenstufen: 9-10 | Versuchsart: LV |
Materialien
Quarzrohr, durchbohrte Stopfen, Glasrohre, Waschflaschen, PVC-Schläuche, Wasserstrahlpumpe, Stativmaterialien, Tiegel in Schiffchenform, 2 Gasbrenner
Chemikalien
konz. Schwefelsäure, Mangan(IV)-oxid, dest. Wasser, Pyrit
Durchführung
Etwa in der Mitte des Quarzrohres wird ein Stück Glaswolle platziert, die eine Seite wird mit etwa 10 g Mangan(IV)-oxid befüllt und mit einem weiteren Stück Glaswolle verschlossen. Das Glasrohr wird auf zwei Stativklemmen gelegt, aber nicht fest eingespannt. Der Pyrit wird auf einen Tiegel in Schiffchenform gegeben, dieser wird in der linken Seite des Quarzrohres platziert. Die Apparatur wird gemäß Abb.1aufgebaut. Anschließend werden der Pyrit und das Mangan(IV)-oxid bis zur Rotglut erhitzt. Sobald ein rotes Glühen auftritt, wird die Wasserstrahlpumpe geöffnet und eine Sogwirkung erzeugt. Dabei sollte eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 5-7 Bläschen pro Sekundein den Waschflaschen zu sehen sein.
Beobachtung
Die beiden Feststoffe glühen rot. Die Lösung der ersten Flasche färbt sich von gelb zu rot.
Deutung
Der Pyrit wird durch das Erhitzen oxidiert:
4 FeS2 (s) + 11 O2 (g) → 8 SO2 (g) + 2 Fe2O3 (s)
Durch das angeschlossene Vakuum wird das entstehende Schwefeldioxid durch die Versuchsapparatur gesogen. Das glühende Mangan(IV)-oxid dient als Katalysator für eine Oxidation des Schwefeldioxids zu Schwefeltrioxid:
2 SO2 (g) + O2 (g) → 2 SO3 (g)
Das Schwefeltrioxid löst sich in dem destillierten Wasser, bei dieser Reaktion entsteht Schwefelsäure:
SO3 (g) + H2O(l) → H2SO4 (aq)
Durch die Entstehung der Schwefelsäure und ihre Dissoziation werden H+-Ionen frei. Diese reagieren mit dem Indikator:
H+(aq) + Ind-(aq) (gelb) → HInd(aq) (rot)
Entsorgung
Die konzentrierte Schwefelsäure wird zusammen mit der selbsthergestellten Schwefelsäure in ein Gefäß gegeben und in diesem neutralisiert. Anschließend kann die neutrale Lösung über den Ausguss entsorgt werden. Das restliche Pyrit und das entstandene Eisen(III)-oxid werden in den Feststoffabfall gegeben, Mangan(IV)-oxid wird in verdünnter Salzsäure gelöst und anschließend in den Schwermetallabfall gegeben.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Der Versuch kann zu Beginn der Unterrichtseinheit von Säure-Base-Konzepten durchgeführt werden. In diesem Zusammenhang kann auf die industrielle Herstellung von Schwefelsäure verwiesen werden.
Literatur
K. Freytag/V. Scharf, et al., Handbuch des Chemieunterrichts Sekundarbereich Band 4/I: Säuren – Basen/Laugen, 2008, S.89
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