Modellversuch zum Claus-Prozess
von Dörte Hartje
Ziel des Versuchs In diesem Demonstrationsversuch soll der Claus-Prozess zur Schwefelgewinnung in der Technik als Modellversuch erarbeitet werden. Zuerst erfolgt die Gewinnung von Schwefeldioxid aus Schwefelsäure und Natriumdisulfit, danach wird Schwefel hergestellt..
Vorbemerkung
In diesem Demonstrationsversuch soll der Claus-Prozess zur Schwefelgewinnung in der Technik als Modellversuch erarbeitet werden. Im Anschluss an den Versuch sollte eine detaillierte Besprechung der ablaufenden Reaktionen sowie eine Modellkritik erfolgen. Auch eine Recherche zum Einsatz von Katalysatoren in der Technik ist sinnvoll. Vorwissen über chemische Reaktionen und Aktivierungsenergie ist nötig. Die Behandlung des Themas Katalyse erleichtert das Verständnis des Prozesses. Der Begriff Synproportionierung sollte bekannt sein.
Materialien
Chemikalien
Gefahrstoffe
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS-Piktogramme |
|---|---|---|---|
| Schwefeldioxid | H331, H314 | – |
|
| Schwefelwasserstoff | Nicht in der Gefahrstoffliste enthalten – bitte selbst nachschlagen. | ||
| Natriumdisulfit | H302, H318, EUH031 | – |
|
| Schwefelsäure 10% | H319, H315 | P280, P302+P352, P305+P351+P338 |
|
Durchführung
Durchführung 1:
Es wird Schwefeldioxid in einer Gasentwicklungsapparatur hergestellt. Dazu wird vorsichtig Schwefelsäure auf festes Natriumdisulfit getropft.
Durchführung 2:
Ein trockener Kolbenprober wird zu einem Drittel mit Schwefeldioxid gefüllt. Ein weiterer trockener Kolbenprober wird zu zwei Dritteln mit Schwefelwasserstoff gefüllt. Ein U-Rohr wird mit Spülmittel und einem Wasserrest gespült. Die Versuchsapparatur wird gemäß der Skizze aufgebaut. Die Zuleitungen werden mit Schlauchklemmen gesichert, die Schliffe werden gefettet. Die Gase (es wird mit Schwefeldioxid begonnen) werden sehr langsam in das U-Rohr geschoben.
Beobachtung
Beobachtung 1:
Es entsteht ein Gas.
Beobachtung 2:
Es entsteht schnell ein weißer Nebel. An der Wand bildet sich ein gelber Feststoff.
Abbildungen
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Abb. 1: Versuchsaufbau „Modellversuch zum Claus-Prozess“<sup>[1]</sup>
Deutung
Deutung 1:
Es ist Schwefeldioxid gemäß folgender Reaktionsgleichung entstanden:
Na2S2O5(s) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + H2O(l) + SO2(g)
Deutung 2:
Bei dem im Experiment gebildeten gelben Niederschlag handelt es sich um Schwefel. Bei dem weißen Nebel handelt es sich um Kondenswasser. Der Claus-Prozess ist ein in der Industrie eingesetztes Verfahren zur Schwefelgewinnung. Dort wird Schwefelwasserstoff in einer Synproportionierung zu elementarem Schwefel oxidiert. In der Technik wird etwa ein Drittel des Schwefelwasserstoffs mit Luftsauerstoff zu Schwefeldioxid verbrannt. Danach wird Schwefeldioxid mit Schwefelwasserstoff zur Reaktion gebracht. In der Technik wird Bauxit als Katalysator eingesetzt. Im Modellversuch dient Wasser als Katalysator. Das Spülmittel wurde zur Oberflächenvergrößerung eingesetzt. Es läuft im Modellversuch folgende Reaktion ab:
SO2(g) + 2H2S(g) ⇌ 2H20(l) + 3S
Das chemische Gleichgewicht liegt auf Seiten der Produkte. Damit ist die Bildung des gelben Niederschlags erklärbar.