Nachweise von Wasserstoff und Sauerstoff

Nachweise von Wasserstoff und Sauerstoff Übung

• Gib an, welche Stoffeigenschaften auf Wasserstoff und Sauerstoff zutreffen.

  Tipps

  Es gibt drei richtige Antworten.

  Wasserstoff und Sauerstoff sind Gase.

  Lösung

  Wasserstoff und Sauerstoff sind sich zum Verwechseln ähnlich, denn sie haben einige gleiche Eigenschaften.
  Nicht zu wissen, was man vor sich hat, kann schnell gefährlich werden. Daher sind Nachweisreaktionen im Labor äußerst wichtig.

  Wie viele andere Gase sind auch Wasserstoff und Sauerstoff:

  • geruchlos,
  • geschmacklos und
  • farblos.

• Benenne die Bestandteile der Apparatur, mit der ein Gas aufgefangen werden kann.

  Tipps

  Mit einem Stopfen können Gefäße verschlossen werden.

  Der Kolbenprober ähnelt einer Spritze aus Glas.

  Lösung

  Bevor wir die Nachweise für Sauerstoff und Wasserstoff durchführen können, müssen die Gase zuerst gesammelt werden. Dafür gibt es verschiedene Methoden.

  Der Kolbenprober ähnelt einer Spritze aus Glas. Über einen Stopfen und ein kleines Rohr können damit die entstehenden Gase gesammelt werden. Das eindringende Gas drückt den Stempel des Kolbenprobers nach außen. Häufig gibt es zudem eine Skala, die es ermöglicht, das Volumen des aufgefangenen Gases abzulesen.

  Falls kein Kolbenprober zur Verfügung steht, genügt auch ein Reagenzglas oder ein Standzylinder, um Gase aufzufangen: Das gewählte Gefäß wird mit Wasser gefüllt und umgekehrt in eine mit Wasser gefüllte Glaswanne gehalten. Nun kann über einen Schlauch das entstehende Gas in den Standzylinder geleitet werden, wodurch das Wasser darin verdrängt wird. Anschließend kann das Gefäß mit dem Gas mithilfe eines Stopfens oder, wenn ein Reagenzglas verwendet wird, einfach mit dem Daumen verschlossen werden.

• Beschreibe die beiden Nachweisreaktionen.

  Tipps

  Wenn eine Nachweisreaktion positiv ist, dann bedeutet das, dass das nachzuweisende Gas vorhanden ist.

  Lösung

  Sauerstoff können wir mit der Glimmspanprobe nachweisen. Dabei wird der Span (altes Wort für „Holzstab“) erst einmal angezündet und direkt wieder ausgepustet, sodass er noch glüht. Dieser glimmende Span wird nun in das Reagenzglas gehalten, in dem sich das zu überprüfende Gas befindet. Es gibt zwei mögliche Beobachtungen:
  $\to$ Glüht der Holzspan nur weiter oder erlischt sogar, ist der Nachweis negativ.
  $\to$ Entzündet sich der Holzstab, ist der Nachweis positiv.

  Um Wasserstoff nachweisen zu können, nutzen wir die Knallgasprobe. Dabei wird das Reagenzglas mit dem gesammelten Gas mit dem Daumen verschlossen. Das Reagenzglas wird jetzt schräg an eine Flamme gehalten und der Daumen von der Öffnung gelöst. Es gibt drei mögliche Beobachtungen:
  $\to$ Hören wir nichts, befindet sich kein Wasserstoff im Reagenzglas.
  $\to$ Hören wir ein leicht pfeifendes Geräusch, liegt reiner Wasserstoff vor.
  $\to$ Wenn es einen Knall gibt, dann handelt es sich um ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch.

• Beschreibe, wie Wasserstoff und Sauerstoff gewonnen werden können.

  Tipps

  Gibt man ein Stückchen Zink in eine Salzsäurelösung, wird das Zink zersetzt und Wasserstoff steigt als kleine Gasbläschen auf.

  Lösung

  Wie du sicher weißt, besteht Wasser $\ce{(H2O)}$ aus Wasserstoff $\ce{(H2)}$ und Sauerstoff $\ce{(O2)}$. Deshalb kann Wasser auch elektrochemisch in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden. Durch diese sogenannte Elektrolyse können beide Gase an Elektroden gesammelt und anschließend nachgewiesen werden.

  Doch es gibt auch noch andere Möglichkeiten, die beiden Stoffe zu gewinnen:

  Sauerstoff entsteht zum Beispiel, wenn Wasserstoffperoxid katalytisch zersetzt wird. Außerdem kann er durch das Linde-Verfahren, einer sogenannten fraktionierten Luftdestillation, gewonnen werden.

  Wasserstoff entsteht unter anderem, wenn ein unedles Metall mit einer Säure reagiert. Gibt man beispielsweise ein Stückchen Zink in eine Salzsäurelösung, wird das Zink zersetzt und Wasserstoff steigt als kleine Gasbläschen auf. Zudem kann er durch die Reaktion eines Alkalimetalls mit Wasser gewonnen werden.

• Zeige anhand der Abbildungen die Ergebnisse der Nachweisreaktionen auf.

  Tipps

  Mit der Glimmspanprobe weist du Sauerstoff nach.

  Knallgas ist ein Gemisch aus gasförmigem Wasserstoff und Sauerstoff.

  Lösung

  Mit der Glimmspanprobe weisen wir Sauerstoff nach. Es gibt zwei mögliche Beobachtungen:
  $\to$ Glüht der Holzspan nur weiter oder erlischt sogar, ist der Nachweis negativ: Es liegt kein Sauerstoff vor.
  $\to$ Entzündet sich der Holzstab, ist der Nachweis positiv: In dem Gefäß befindet sich Sauerstoff.

  Wasserstoff können wir mithilfe der Knallgasprobe nachweisen. Hier gibt es drei mögliche Reaktionen:
  $\to$ Hören wir nichts, befindet sich kein Wasserstoff im Reagenzglas: Der Nachweis ist negativ.
  $\to$ Hören wir ein leicht pfeifendes Geräusch, ist der Nachweis positiv: Es liegt reiner Wasserstoff vor.
  $\to$ Wenn es einen Knall gibt, dann handelt es sich um ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch: Auch dieser Nachweis gilt als positiv.

• Begründe, wieso der glühende Glimmspan sich nicht an der Luft entzündet, obwohl diese Sauerstoff enthält.

  Tipps

  Es gibt zwei richtige Antworten.

  Der Anteil von Sauerstoff in der Luft beträgt 21 Prozent.

  Lösung

  Sauerstoff können wir mit der Glimmspanprobe nachweisen: Der glimmende Span wird in das Reagenzglas gehalten, in dem sich das zu überprüfende Gas befindet. Wenn der Holzspan nur weiterglüht oder sogar erlischt, dann ist der Nachweis negativ. Das bedeutet, dass es sich bei dem Gas nicht um Sauerstoff handelt.

  Eigentlich würde man denken, dass der Span sich auch bereits an der Luft entzünden müsste, da diese schließlich auch Sauerstoff enthält. Das passiert jedoch nicht unbedingt ohne Weiteres, da der Sauerstoffgehalt in der Luft zu niedrig ist: Der Anteil von Sauerstoff in der Luft beträgt gerade einmal 21 Prozent. Um aus dem Glimmen ein Brennen zu machen, benötigt man hoch konzentrierten Sauerstoff.