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Nachweise von Wasserstoff und Sauerstoff

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Chemie-Team
Nachweise von Wasserstoff und Sauerstoff
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse

Beschreibung Nachweise von Wasserstoff und Sauerstoff

Inhalt

Nachweise von Wasserstoff und Sauerstoff

Viele Gase sind farb- und geruchlos. Dann können wir diese Gase nicht mit unseren Sinnen unterscheiden. Das kann bei gesundheitsschädlichen oder explosiven Gasen sehr gefährlich sein. Im Labor müssen wir bei beobachteter Gasentwicklung wissen, welche Gase sich da entwickeln. Sauerstoff beispielsweise fördert Brände und Wasserstoff kann mit dem Luftsauerstoff explosionsartig reagieren. Für die Identifikation von Gasen gibt es Nachweismethoden. Wir schauen uns das für Sauerstoff und Wasserstoff genauer an. Zunächst lernen wir aber, wie man die Gase für einen Nachweis sammelt.

Methoden zum Sammeln von Gasen

Gassammlung mit dem Kolbenprober
Ein Kolbenprober ähnelt einer Spritze aus Glas. In ihm kannst du über einen Stopfen und ein kleines Rohr die entstehenden Gase sammeln. Das Gas drückt dabei den Stempel des Kolbenprobers nach außen. Enthält der Kolbenprober eine Skala, kannst du auch gleich das Volumen des entstandenen Gases ablesen.

Gassammlung im Reagenzglas
Hast du keinen Kolbenprober, kannst du auch ein Reagenzglas oder einen Standzylinder mit Wasser füllen und umgekehrt in eine mit Wasser gefüllte Glaswanne halten. Wenn du nun mit einem Schlauch das entstehende Gas in das Reagenzglas einleitest, wird das Wasser verdrängt und du kannst anschließend das Auffanggefäß mit Uhrglas oder Stopfen oder einfach mit dem Daumen verschließen.

Die so aufgefangenen Gase können nun weiter untersucht werden.

Nachweis von Sauerstoff mit der Glimmspanprobe

Durchführung der Glimmspanprobe:
Ein Holzstab wird entzündet und so lange am Brennen gehalten, bis er nach dem Ausblasen noch glüht. Nun hält man den noch glühenden Holzstab in ein Reagenzglas mit dem gesammelten Gas.
Beobachtung:
Wenn sich der Holzstab im Reagenzglas wieder entzündet oder sehr hell glüht, dann handelt es sich um das Gas Sauerstoff.

Durchführung der Glimmspanprobe

Sauerstoff lässt sich daran erkennen, dass er die Verbrennung fördert.

Nachweis von Wasserstoff mit der Knallgasprobe

Durchführung der Knallgasprobe:
Das Reagenzglas mit dem gesammelten Gas wird schräg nach unten an eine Flamme gehalten. Dann wird die Öffnung freigegeben. Das geht am einfachsten, wenn du das Reagenzglas mit dem Daumen schließt und öffnest.
Beobachtung:
Wenn sich im Reagenzglas Wasserstoff gesammelt hat, hörst du beim Öffnen an der Flamme ein pfeifendes Geräusch oder ein kleines Knallgeräusch.

Wasserstoff bildet mit dem Sauerstoff aus der Luft ein explosives Gasgemisch, das an der Flamme geräuschvoll zu Wasser reagiert. Der Name Knallgasprobe des Nachweises rührt von dem kleinen Knallgeräusch her, das dabei entstehen kann.

Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff

Herstellung von Wasserstoff
Es gibt mehrere einfache Möglichkeiten, um Wasserstoff im Labor herzustellen:

  • Wasserstoff entsteht bei der Reaktion von unedlen Metallen mit Säure. Wenn du zum Beispiel ein kleines Stückchen Zink in Salzsäure gibst, dann löst sich das Zink auf und du kannst den Wasserstoff als kleine Gasbläschen aufsteigen sehen.
  • Wasserstoff entsteht auch bei der Reaktion des Erdalkalimetalls Calcium mit Wasser. Also einfach etwas Calciumgranulat in Wasser geben. Dann kannst du wieder den Wasserstoff als kleine Gasbläschen aufsteigen sehen.
  • Wasserstoff entsteht auch bei der Reaktion von Alkalimetallen wie Natrium mit Wasser. Für die Herstellung von Wasserstoff ist diese Reaktion aber zu heftig und daher nicht geeignet.

Herstellung von Sauerstoff
Es gibt mehrere einfache Möglichkeiten, um Sauerstoff im Labor herzustellen:

  • Sauerstoff kann z. B. entstehen, wenn Wasserstoffperoxid ($H_2O_2$) mit Braunstein ($MnO_2$) katalytisch zersetzt wird.
  • Sauerstoff entsteht auch, wenn man etwas Kaliumpermanganat ($KMnO_4$) trocken im Reagenzglas erwärmt. Dieser Stoff zersetzt sich dann ebenfalls unter Bildung von Sauerstoff.

Gemeinsame Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff
Führt man mit Wasser eine Elektrolyse durch, entwickeln sich beide Gase gemeinsam, Wasserstoff an der Kathode und Sauerstoff an der Anode. Wasser wird also in Sauerstoff und Wasserstoff zersetzt. Hierfür gibt es ein spezielles Gerät, den hofmannschen Wasserzersetzungsapparat.

Hinweise zum Video

In diesem Video wird erklärt, wie sich Wasserstoff und Sauerstoff herstellen und nachweisen lassen. Es werden die Knallgasprobe und die Glimmspanprobe vorgestellt und die Durchführung der Nachweise gezeigt. Du solltest die Grundgeräte im chemischen Labor bereits kennen.

Übungen und Arbeitsblätter
Du findest zum Thema hier auch Übungen und Arbeitsblätter.

Transkript Nachweise von Wasserstoff und Sauerstoff

Hallo! Sicher weißt du schon, dass die Luft um dich herum ein Gasgemisch ist. Du kannst die Luft aber weder sehen noch riechen. Viele Gase sind farblos und geruchlos. Das kann auch sehr gefährlich werden.

Erdgas z.B. ist auch farb-und geruchlos. Würde dieses unbemerkt ausströmen, könnte es zu gefährlichen Explosionen kommen. Dem Erdgas werden deshalb übel riechende Bestandteile beigemengt, sodass ein kleines Leck in einer Leitung sofort festgestellt werden kann. Wie du nun selbst farblose und geruchlose Gase identifizieren kannst, wollen wir uns für Sauerstoff und Wasserstoff genauer ansehen.

Gase sammeln

Wenn bei einem Versuch im Labor ein Gas entsteht, dann lässt sich das oft an aufsteigenden Gasbläschen aus dem Reaktionsgemisch erkennen. Nun gibt es viele Gase, die bei Reaktionen entstehen könnten, wie aber lassen sich diese unterscheiden? Als erstes wollen wir uns ansehen, wie sich entstehende Gase überhaupt sammeln lassen.

Wenn du ein Experiment in einem offenen Reagenzglas durchführst, dann entweichen entstehende Gase sehr schnell in die Umgebungsluft und du kannst sie nicht auffangen.

Deshalb gibt es im Labor sogenannte Kolbenprober. Ein Kolbenprober ähnelt einer Spritze aus Glas. In ihm kannst du über einen Stopfen und ein kleines Rohr die entstehenden Gase sammeln.

Das Gas drückt dabei den Stempel des Kolbenprobers nach außen. Enthält der Kolbenprober eine Skala, kannst du auch gleich das Volumen des entstandenen Gases ablesen.

Hast du keinen Kolbenprober, kannst du auch ein Reagenzglas oder einen Standzylinder mit Wasser füllen und umgekehrt über eine wassergefüllte Glaswanne halten. Wenn du nun mit einem Schlauch das entstehende Gas einleitest, wird das Wasser verdrängt und du kannst anschließend das Auffanggefäß mit Uhrglas oder Stopfen verschließen.

Die so aufgefangenen Gase können nun weiter untersucht werden. Denn auch wenn die Gase farblos und geruchlos sind, können sie sich in anderen Eigenschaften unterscheiden.

Nachweis Sauerstoff

Beginnen wir mit dem typischen Nachweis von Sauerstoff: Der Nachweis, den du hier anwendest, nennt sich Glimmspanprobe. Ein Holzstab wird entzündet und er wird solange brennen gelassen, bis er nach dem ausblasen noch glüht. Nun halten wir den noch glühenden Holzstab in ein Reagenzglas mit dem gesammelten Gas.

Was können wir beobachten? Wenn wir unseren Holzstab in das Reagenzglas halten, entzündet sich dieser wieder. Sauerstoff lässt sich also daran erkennen, dass er die Verbrennung fördert.

Nachweis Wasserstoff

Als nächstes sehen wir uns die Nachweisreaktion von Wasserstoff an. Die Reaktion wird als Knallgasprobe bezeichnet. Du hältst nun das Reagenzglas mit dem gesammelten Gas an eine Flamme und gibst die Öffnung frei. Ist reiner Wasserstoff im Reagenzglas, hörst du ein pfeifendes Geräusch.

Zusammen mit Sauerstoff bildet Wasserstoff ein explosives Gasgemisch. Wenn sich der Wasserstoff also schon mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft vermischt haben sollte, hörst du einen kleinen Knall, wenn du das Reagenzglas an die Öffnung hältst. Daher hat die Reaktion auch ihren Namen.

Beispiel Reaktionen

Bei welchen Reaktionen können nun diese beiden Gase entstehen? Zum einen kann Wasser elektrochemisch in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden. Die Gase, die dabei an den Elektroden entstehen, können mit diesen beiden Nachweisreaktionen nachgewiesen werden.

Wasserstoff entsteht außerdem bei der Reaktion von unedlen Metallen mit Säure. Wenn du zum Beispiel ein kleines Stückchen Zink in Salzsäure gibst, dann löst sich das Zink auf und du kannst den Wasserstoff als kleine Gasbläschen aufsteigen sehen. Auch bei der Reaktion von Alkalimetallen wie zum Beispiel Natrium und Wasser, entsteht Wasserstoff.

Sauerstoff kann z. B. entstehen, wenn Wasserstoffperoxid katalytisch zerstetzt wird.

Zusammenfassung

Du hast heute also gelernt, dass auch Stoffe, die du nicht riechen und sehen kannst, nachgewiesen werden können. Wir haben uns dazu angesehen, wie Gase aufgefangen werden können. Dazu kannst du einmal einen Kolbenprober verwenden oder ein mit Wasser gefülltes Reagenzglas.

Außerdem hast du zwei spezielle Nachweisreaktionen kennen gelernt, einmal Glimmspanprobe für den Nachweis von Sauerstoff und einmal die Knallgasprobe zum Nachweis von Wasserstoff. Tschüs und bis bald!

4 Kommentare

4 Kommentare
  1. Wir hatten bis jetzt nur das mit dem Sauerstoff. Die Herstellung mit der Wanne nennt man pneumatisches Auffangverfahren.

    Von Dr M Hempel, vor etwa 2 Jahren
  2. nice

    Von Schuhhaus Hemmelgarn, vor mehr als 2 Jahren
  3. cooles video

    Von Schuhhaus Hemmelgarn, vor mehr als 2 Jahren
  4. Super video!

    Von Candikhakan, vor mehr als 3 Jahren

Nachweise von Wasserstoff und Sauerstoff Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Nachweise von Wasserstoff und Sauerstoff kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe den Versuchsaufbau für den Sauerstoffnachweis.

    Tipps

    Das Gerät über dem Glasbehälter enthält den Namen des Glasbehälters.

    Lösung

    Um das Gas abzufüllen, brauchst du einen Kolben, in dem du das Gas herstellen kannst. Damit das Gas nicht entweicht, wird es mit einem sogenannten Kolbenprober aufgefangen. Für den eigentlichen Nachweis benötigst du ein Reagenzglas mit dem aufgefangenen Gas. Dieses wird gut mit einem Stopfen verschlossen, damit das Gas im Reagenzglas bleibt. Außerdem benötigst du einen Glimmspan, der im Feuer des Bunsenbrenners erhitzt wird. Wenn dieser nur noch glimmt, wird der Stopfen vom Reagenzglas gelöst und dann wird der Span in das Reagenzglas mit dem Gas gehalten. Das Reagenzglas kannst du mit einer Klammer an einem Stativ fixieren.

  • Erkenne das Gerät, das zum Auffangen von Gasen genutzt werden kann.

    Tipps

    Mit dem Gerät kannst du auch das Volumen des Gases erfassen.

    Lösung

    Um entstehende Gase einfangen zu können, nutzt man den sogenannten Kolbenprober. Dieser sieht einer Spritze aus Glas sehr ähnlich. Der Kolbenprober und der Kolben sind über einen Stopfen und ein Röhrchen miteinander verbunden. Das entstandene Gas wandert in den Kolbenprober und benötigt dort Volumen, weshalb dann der Stempel nach außen gedrückt wird. Manche Kolbenprober besitzen auch eine Skala, mit der man das Volumen des Gases direkt ablesen kann.

  • Erkläre die Reaktionsschritte für die Nachweise von Sauerstoff und Wasserstoff.

    Tipps

    Überlege, was zu beachten ist, wenn man mit einem Brenner arbeitet.

    Welcher Nachweis gehört zu welchem Element?

    Lösung

    Sowohl bei der Glimmspanprobe als auch bei der Knallgasprobe wird mit dem Brenner gearbeitet, d.h., dass Vorsicht geboten ist und immer mit einer Schutzbrille gearbeitet werden sollte. Die Glimmspanprobe ist der Nachweis für Sauerstoff und nicht für Wasserstoff. Sauerstoff kann durch katalytische Zersetzung aus Wasserstoffperoxid hergestellt werden und mit einem Kolbenprober aufgefangen werden. Wichtig ist, dass der Holzstab nach dem Brennen nur noch glüht, also nicht mehr mit Flamme brennt. Erst dann kannst du erkennen, ob sich eine Flamme am Span mit dem Gas neu entfacht. Du darfst ihn also nicht brennend in das Reagenzglas halten, da sonst der Nachweis nicht eindeutig ist. Die Knallgasprobe kann sehr gefährlich werden, wenn keine Schutzbrille getragen wird. Sie ist der Nachweis für Wasserstoff, welcher z.B. mit einem unedlen Metall und Salzsäure hergestellt werden kann. Vorsicht ist vor allem dann geboten, wenn das Reagenzglas an den Brenner gehalten wird. Beachte, dass keiner deiner Mitschüler im Bereich einer Explosion steht.

  • Bestimme die fehlenden Formeln in den Reaktionsgleichungen.

    Tipps

    Überlege, wie viel Mol Salzsäure du brauchst, damit die Gleichung ausgeglichen ist.

    Lösung

    Um Wasserstoff und Sauerstoff nachweisen zu können, müssen sie zunächst erstmal gebildet werden. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten.

    Zum Beispiel können unedle Metalle mit Säure reagieren. Unedle Metalle sind neben Zink auch Magnesium oder Natrium. Bei der Reaktion mit Salzäure bildet sich dabei immer das entsprechende Metallchlorid und Wasserstoff. Wasserstoff kann aber auch noch auf eine andere Weise gebildet werden, indem Alkalimetalle wie z.B. Natrium, Lithium oder Kalium mit Wasser reagieren und das entsprechende Metallhydroxid und Wasserstoff entstehen.

    Sauerstoff kann man mithilfe von Wasserstoffperoxid ($H_2O_2$) entstehen lassen. Dieses zerfällt durch einen Katalysator zu Sauerstoff und Wasser.

  • Bestimme die korrekte Beobachtung für den Wasserstoffnachweis.

    Tipps

    Überlege, wie man den Nachweis für Wasserstoff noch nennt.

    Lösung

    Wasserstoff kann mit der sogenannten Knallgasprobe nachweisen. Bei diesem Nachweis hält man das Reagenzglas mit dem Gas an die Flamme des Bunsenbrenners und ein leises Pfeifen ist zu hören. Hat sich der Wasserstoff bereits mit dem Sauerstoff der Luft vermischt, hört man einen lauten Knall, wenn man das Reagenzglas an die Brennerflamme hält.

  • Leite Reaktionen zum Entstehen von Wasserstoff ab.

    Tipps

    Beachte, dass die Reaktionsgleichungen ausgeglichen sind.

    Lösung

    Allgemein reagieren unedle Metalle (Zink, Aluminium, Magnesium, etc.) mit Säuren zum entsprechenden Salz und Wasserstoff. Allgemein reagieren außerdem Alkalimetalle (Kalium, Lithium, etc.) mit Wasser zum entsprechenden Hydroxid und Wasserstoff. Es muss beachtet werden, dass die Reaktionsgleichung ausgeglichen ist, d.h., wenn auf der linken Seite zwei Chloratome vorkommen, dann müssen auf der rechten Seite auch zwei Chloratome vorkommen.

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