Nachweis von Kohlenstoffdioxid

Nachweis von Kohlenstoffdioxid Übung

• Nenne die wichtigen Geräte und Chemikalien, die für den Nachweis von Kohlenstoffdioxid benötigt werden.

  Tipps

  Woher stammt das Kohlenstoffdioxid, welches du nachweisen willst?

  Lösung

  Wenn in der Chemie ein Experiment durchgeführt wird, dann ist der Schutz der beteiligten Personen wichtig. In unserem Fall ist dazu eine Schutzbrille nötig. Sie sorgt dafür, dass Tropfen von Kalkwasser, welche durch das Pusten aus der Becherglasöffnung herausspritzen könnten, nicht in die Augen gelangen.

  Weiterhin benötigt werden ein kleines Becherglas und ein Trinkhalm. Letzterer wird genutzt, um das Gas in die klare Lösung einzuleiten, welche man zu Beginn in das Becherglas gegeben hat. Wenn man das Ergebnis besser sichtbar machen möchte, dann nimmt man schwarzes Papier und legt es unter das Becherglas oder stellt es dahinter.

  Zu den Chemikalien gehört neben dem Gas Kohlenstoffdioxid $CO_2$, das aus der verbrauchten Atemluft stammt, noch die klare Lösung von Calciumhydroxid $Ca(OH)_2$. Von der Lösung werden ein paar Milliliter in das Becherglas gefüllt.

• Werte den Nachweis von Kohlenstoffdioxid aus.

  Tipps

  Damit die Reaktionsgleichung richtig ausgeglichen ist, muss die Anzahl der Atome auf beiden Seiten des Reaktionspfeils gleich sein.

  Lösung

  Die im Becherglas befindliche Lösung nennt man Kalkwasser. Sie wird hergestellt durch Lösen von Calciumhydroxid in Wasser. Die zweite Chemikalie ist Kohlenstoffdioxid. Sie kommt von der Versuchsperson, indem diese durch einen Trinkhalm ausatmet.

  Es reagieren somit Kohlenstoffdioxid und Calciumhydroxid miteinander. Das Produkt Calciumcarbonat ist in der Reaktionsgleichung bereits angegeben mit der Formel $CaCO_3$. Damit die Anzahl der Calciumatome gleich ist auf beiden Seiten des Reaktionspfeils, muss ein Mol Calciumhydroxid bei den Edukten eingetragen werden: $Ca(OH)_2$. Im Produkt ist weiterhin nur ein Kohlenstoffatom zu zählen. Somit kommt ebenfalls nur ein Mol Kohlenstoffdioxid zum Einsatz: $CO_2$. Nun fehlt nur noch das zweite Produkt. Man kann es durch Auszählen der Wasserstoff- und Sauerstoffatome ermitteln. Links vom Reaktionspfeil sind $4~O$-Atome zählbar und rechts bereits $3$. Folglich fehlt auf Seiten der Produkte noch ein Sauerstoffatom. $2$ Wasserstoffatome befinden sich auf Seiten der Edukte und noch keines auf der Seite der Produkte. Das letzte Produkte ist also Wasser. Über die Anzahl der $H$- und $O$-Atome ergibt sich als Lösung $H_2O$.

• Erkläre den Nachweis von Kohlenstoffdioxid aus Mineralwasser.

  Tipps

  Kalkwasser ist eine klare Lösung bestehend aus Wasser und Calciumhydroxid. Was geschieht beim Einleiten von Kohlenstoffdioxid?

  Achte darauf, richtig auszugleichen.

  Lösung

  Das nachzuweisende $CO_2$ liegt in Mineralwasser zum größten Teil gelöst vor. Ein kleiner Anteil reagiert mit Wasser zu Kohlensäure: $H_2CO_3$. Kohlensäure gehört zu den anorganischen Säuren. Ihre Salze nennt man Hydrogencarbonate und Carbonate.

  Durch das Schütteln der Flasche tritt ein Teil des gelösten Kohlenstoffdioxids in die Gasphase über. Dadurch baut sich ein Druck auf. Dieser wiederum sorgt dafür, dass sich der Kolben der Spritze nach oben bewegt (das Gas strömt in die Spritze). Nachdem die Spritze voll ist, kann sie von der Kanüle abgenommen und auf das Reagenzglas aufgesetzt werden, welches die Calciumhydroxid-Lösung enthält. Ist die Spritze entleert, dann nimmt man sie ab, setzt den Stopfen auf das Reagenzglas und schüttelt dieses. Die zuvor klare Lösung wird trüb. Grund dafür ist wieder die Bildung von Calciumcarbonat, welches unlöslich ist und somit ausfällt.

  $CO_2 + Ca(OH)_2 \longrightarrow CaCO_3 + H_2O$

  Auch diese Vorgehensweise kann von dir als Schüler gut durchgeführt werden. Sie ist ungefährlicher, da du nicht mehr in die Chemikalie pusten musst.

• Erläutere das Experiment zur Herstellung von Kohlenstoffdioxid.

  Tipps

  Es ist richtig ausgeglichen, wenn die Anzahl der jeweiligen Atome auf beiden Seiten des Reaktionspfeils gleich ist.

  Lösung

  Wie in der Animation zu sehen ist, sind neben einem Reagenzglas, einem Reagenzglashalter, einem Brenner und einer Spritze auch noch ein Stopfen nötig.

  Zu den nötigen Chemikalien gehört neben Aktivkohle auch noch Sauerstoff, der sich in der Umgebungsluft befindet.

  Im ersten Schritt wird die Aktivkohle über dem Brenner erhitzt. Der Stopfen verhindert, dass das entstehende Gas in die Umgebung entweicht und nur in die Spritze geleitet wird. Zu beobachten ist dabei Folgendes: Die Kohle beginnt rot-orange zu glühen. Mit der Zeit nimmt die Menge des Feststoffes ab, wobei sich parallel dazu der Kolben der Spritze nach oben bewegt. Der Grund dafür ist das entstehende $CO_2$. Zum Schluss ist die Kohle vollständig verbraucht und der Kolben ist sehr weit aus der Spritze herausgedrückt worden.

  Da wir Kohlenstoffdioxid als Produkt erhalten, findet hier die vollständige Verbrennung statt.

  $C + O_2 \longrightarrow CO_2$

  Um unser Produkt nachzuweisen, nutzen wir erneut Kalkwasser. Dazu wird die Spritze von der Kanüle gelöst und der Inhalt der Spritze in ein Reagenzglas überführt, in dem sich Kalkwasser befindet. Dann nimmt man die Spritze weg und setzt sofort einen Stopfen auf. Hat man das Reagenzglas kurz geschüttelt, dann trübt sich die zuvor klare Lösung. Der Grund dafür ist die Reaktion von $CO_2$ mit $Ca(OH)_2$ zu Calciumcarbonat ($CaCO_3$). Dieses ist nicht in Wasser löslich.

• Schildere die Durchführung des Nachweises von Kohlenstoffdioxid und deine Beobachtungen.

  Tipps

  Gehe jeden Schritt des Experiments im Kopf durch.

  Vergleiche die Lösung im Becherglas vor und nach der Durchführung.

  Lösung

  Zu Beginn eines jeden Experiments wird die Schutzbrille aufgesetzt. Sie sorgt dafür, dass keine Chemikalien in die Augen gelangen und diese schädigen.

  Im zweiten Schritt wird tief eingeatmet und die Luft kurz angehalten.

  Anschließend atmet man durch das Trinkrohr aus. Dieses steht im Becherglas und somit auch in der Calciumhydroxid-Lösung.

  Während das Gas eingeleitet wird, kann man bereits eine Beobachtung machen: Es kommt zur Bläschenbildung. Diese Tatsache ist allerdings nicht das Hauptaugenmerk bei dem Experiment.

  Wichtig ist die eindeutige Trübung des zuvor klaren Kalkwassers. Die Trübung kann zum einen verdeutlicht werden, indem das Becherglas mit der Lösung vor einem schwarzen Hintergrund steht. Auch möglich ist ein Vergleich mit einem zweiten Becherglas, welches noch unbenutztes Kalkwasser enthält.

• Erkläre Darstellungsmöglichkeiten von Kalkwasser.

  Tipps

  Bestimme die Anzahl der jeweiligen Atome auf beiden Seiten des Reaktionspfeils, um richtig auszugleichen.

  Lösung

  Wenn Wasser mit Calciumoxid reagiert, dann kommt es zu einer großen Wärmeentwicklung und zur Bildung von Calciumhydroxid. Die Lösung für die erste Lücke ergibt sich dabei über die Anzahl der Calciumatome. Rechts vom Reaktionspfeil ist ein $Ca$-Atom zu zählen. Damit auf der linken Seite ebenfalls nur eins steht, muss die Lösung $CaO$ lauten. Nun vergleicht man die Anzahl an Wasserstoff- und Sauerstoffatomen. Rechts vom Reaktionspfeil sind $2~H$-Atome und $1~O$-Atom zu finden. Somit ist die Lösung für die zweite Lücke $H_2O$, also Wasser.

  Bei der zweiten Darstellungsvariante entsteht neben $Ca(OH)_2$ auch Kaliumnitrat $KNO_3$, wenn Kaliumhydroxid $KOH$ und Calciumnitrat $Ca(NO_3)_2$ reagieren. Da die Calciumionen $Ca^{2+}$ zweiwertig sind und Kaliumionen $K^+$ einwertig, muss doppelt so viel des Kaliumsalzes eingesetzt werden.

  Bei der letzten Methode reagiert Wasser mit Calciumhydrid. Neben dem Calciumhydroxid entsteht hierbei elementarer Wasserstoff. Es handelt sich um eine Redoxreaktion.