Modellversuch zum Autoabgas-Katalysator

von Niklas Heier

Thema Abgase und Smog
Klasse 7-8
Art Lehrerversuch
Schlagworte Abgase Auto Katalysator Smog

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Ziel des Versuchs Bei diesem Modellversuch wird ein Gasgemisch aus Kohlenstoffmonoxid und Stickstoffdioxid über ein Platinnetz geleitet, wodurch die Abgase zu Kohlenstoffdioxid abgebaut werden, welches nachgewiesen wird.

Vorbemerkung

In diesem Versuch soll gezeigt werden, wie z.B. Stickoxide und Schwefeldioxid, welche schädlich für Mensch und Natur sind, unschädlich gemacht werden können. Als Vorwissen sollte bekannt sein, dass Schwefeldioxid und Kohlenstoffmonoxid bei Verbrennungen von Kraftstoffen entstehen können. Die SuS sollten außerdem wissen, dass es im Auto einen Katalysator gibt, der für deren Verarbeitung verantwortlich ist. Das Prinzip des Katalysators im Allgemeinen sollte auch vorausgesetzt werden können. Die Stoffe für den Versuch können von der Lehrkraft selbst hergestellt werden: Kohlenstoffmonoxid wird aus Ameisensäure und konzentrierter Schwefelsäure hergestellt, die Säuren werden im Verhältnis 2:1 zusammengegeben. Stickstoffdioxid wird hergestellt, indem auf Kupferspäne konzentrierte Salpetersäure gegeben wird. Dabei sollte auf jeden Fall unter dem Abzug gearbeitet werden und beim Umgang mit den Säuren besondere Vorsicht geboten sein.

Materialien

2 Kolbenprober, 2 Verbrennungsrohre mit geringem Durchmesser, Platinnetz oder Platinband, Brenner, 2 Schlauchverbindungen, Waschflasche

Chemikalien

Kohlenstoffmonoxid, Stickstoffdioxid, Platin, Kalkwasser

Gefahrstoffe

Gefahrstoff	H-Sätze	P-Sätze
Kohlenstoffmonooxid	H220, H360D, H331, H372	–
Stickstoffdioxid	H270, H330, H314	–
Kalkwasser Lösung	H318	P280, P305+P351+P338, P309+P310

Durchführung

Der eine Kolbenprober wird mit 10 mL Stickstoffoxiden und 90 mL Kohlenstoffmonoxid befüllt. Diese Reagenzien werden vorher selbst hergestellt¹. Das Glasröhrchen wird an der Stelle, an der das Platinnetz liegt, mit dem Brenner erhitzt. Glüht das Netz, werden die Hähne der Kolbenprober geöffnet und das Gasgemisch wird 2 bis 3 Mal über das glühende Platinnetz geleitet. Anschließend wird das Gas durch Kalkwasser in einer Waschflasche geleitet.

Der gleiche Versuch wird mit einem Glasröhrchen ohne Platinnetz durchgeführt.

¹Versuchsbeschreibung zur Herstellung: http://www2.uni-siegen.de/~pci/versuche/v44-14.html, 30.07.2013, 20:35 Uhr.

Beobachtung

Das braune Gas entfärbt sich. Es bildet sich ein weißer Niederschlag, wenn das farblose Gas durch das Kalkwasser geleitet wird. Ohne Platin bleib das Gas braun.

Abbildungen

Abb. 1: Versuchsaufbau „Autoabgas-Katalysator“
Abb. 2: das braune Gasgemisch im Kolbenprober

Deutung

Beim Überleiten des Gemisches aus Stickstoffdioxid und Kohlenstoffmonoxid über das Platinblech wird folgende Reaktion katalysiert:

4 CO_(g) + 2 NO_{2 (g)} → 4 CO_{2 (g)} + N_{2 (g)}

Das Kohlenstoffmonoxid und das Stickstoffdioxid werden zu Kohlenstoffdioxid und elementarem Stickstoff umgesetzt. Deshalb entfärbt sich das Gasgemisch. Das entstandene Kohlenstoffdioxid wird mit Hilfe der Kalkwasserprobe nachgewiesen.

So werden im Auto schädliche Abgase von (unvollständigen) Verbrennungen gereinigt.

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse

Dieser Versuch ist nur von der Lehrperson und auch nur bei getroffenen Vorsichtsmaßnahmen (z.B. Abzug) durchzuführen, da mit hochgefährlichen und giftigen Stoffen gearbeitet wird. Der Versuch funktioniert sehr gut, es könnte sich nur das Problem ergeben, dass nicht jede Schule ein fertiges Verbrennungsröhrchen oder ein Platinnetz besitzt.

Bei der Herstellung von Kohlenmonoxid und Stickstoffdioxid sollte sehr vorsichtig mit den Chemikalien umgegangen werden, da hohes Verletzungsrisiko besteht. Beim Umgang mit Schwefel und Salpetersäure unbedingt Handschuhe tragen!!

Literatur

Prof. Blume, http://www.chemieunterricht.de/dc2/abgas/abgas02.htm, 30.07.2013.