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Gleichgewichtssystem CO2/H2O

von Jana Pfefferle

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Ziel des Versuchs In diesem Versuch können SuS das Gleichgewicht von Wasser und Kohlenstoffdioxid besser kenen lernen.

Vorbemerkung

In diesem Versuch wird das Gleichgewichtssystem CO2/H2O untersucht, welches bei Atmung und Verbrennungsvorgängen eine große Rolle spielt. Für diesen Versuch brauchen SuS Vorwissen über Säuren und Basen, Leitfähigkeit und Gleichgewichtssysteme. Dieser Versuch kann als Schülerversuch durchgeführt werden. Da er etwas komplexer ist, gibt er SuS die Möglichkeit nicht nur das System zu untersuchen sondern auch Leitfähigkeit zu messen. Die SuS benötigen für diesen Versuch einen Thermometer und Leitfähigkeitsprüfer.

Materialien

Becherglas, Strohhalm, Filterpapier, Magnetrührer, Rührfisch, Thermometer, Leitfähigkeitsprüfer, Trafo, Ampermeter, Kabel , Filtriergestell, Trichter

Chemikalien

Calciumhydroxid, destilliertes Wasser

Gefahrstoffe

Gefahrstoff H-Sätze P-Sätze GHS-Piktogramme
Calciumhydroxid Pulver H318 P280, P305+P351+P338, P309+P310 GHS05
Kohlenstoffdioxid H280 P410+P403 GHS04

Durchführung

Calciumhydroxid wird in 100 mL Wasser in einem Becherglas gelöst. Die weiße Suspension wird ab filtriert. Mit einem Strohhalm wird in das Becherglas gepustet und die Beobachtungen protokolliert. Daraufhin wird die Lösung auf einem Magnetrührer erhitzt, während ein Thermometer die Temperatur misst und ein Leitfähigkeitsprüfer, der über ein Ampermeter mit einer Spannungsquelle (6 V) verbunden ist, die Spannung misst.

Beobachtung

Beim Pusten in die Calciumhydroxid-Lösung wird diese trüb. Beim Erhitzen erhöht sich die Leitfähigkeit der Lösung bis sie ab 67°C wieder abfällt.

Temperatur [°C] Spannung [mA]
22 40,4
30 55
35 58,6
40 62,4
45 65,3
50 67,3
55 70,2 
60 72,3
67 74,9
70 68
78 60,6

Abbildungen

  • Abb. 1: Der Versuchsaufbau für die Leitfähigkeits- und Temperaturmessungen.

Deutung

Beim Reinpusten in die Calciumhydroxid-Lösung wird CO2(g) in die Lösung gegeben. Dies fällt mit Calciumhydroxid aus während ein kleiner Teil auch Kohlensäure bildet.

CO2(g) + Ca(OH)2(l) ⇌ CaCO3(s) + H2O(l)

CO2(g) + H2O(l) ⇌ H2CO3(aq)

Durch das Dissoziieren der Kohlensäure liegen Ionen in Lösung vor, die Strom leiten können.

H2CO3(aq) ⇌ H+(aq) + HCO3-(aq)

HCO3-(aq) ⇌ H+(aq) + CO32-(aq)

Beim Erhöhen der Temperatur entweicht CO2 aus der Lösung, wodurch die Leitfähigkeit ab 67 °C wieder sinkt.

Entsorgung

Die Lösung wird in den Säure-Base Sammelbehälter entsorgt.

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse

Dieser Versuch kann in den Unterrichtseinheiten chemisches Gleichgewicht, Säuren und Basen und Löslichkeit eingesetzt werden und verknüpft diese Themen anschaulich miteinander. Der Versuch ist aufgrund seiner Alltagsrelevanzen, wie bspw. die Entweichung von Kohlenstoffdioxid aus den Ozeanen bzw. der Autokatalyse des Treibhauseffekts auf Grund von Temperaturerhöhung, sinnvoll einsetzbar.

Literatur

[1] Skript für das Anorganisch Chemische Praktikum für Lehramtskandidaten, Wintersemester 2012/2013, Universität Göttingen, S. 55-56.
[2] K. Häusler et al., Experimente für den Chemieunterricht, Oldenbourg, 2. Auflage, 1995, S. 204-205.