Test von Bad-Reinigern im Chemiepraktikum
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Martin Schwarz, Kanti Schaffhausen Februar 2013
Idee
Dieser Versuch ist eine Kombination aus einer traditionellen Anleitung und einer eher offenen Form von Laborversuch. Das Attraktive daran: Es handelt sich um einen Vergleichstest, wie ihn z.B. auch der Kassensturz durchführt.
Die Titration erfolgt mit Vernier-Geräten. Die Datenerfassung ist dadurch kinderleicht, die Kurven (und auf Wunsch auch 1. und 2. Ableitung) werden automatisch gezeichnet.
Quellen
Die Abbildung ist aus den Dateien von Vernier, die Anleitung zum ersten Teil stellenweise von Walter Caprez übernommen. Die Idee zum zweiten Teil kam mir tatsächlich bei einer
Kassensturz-Sendung, als ein Vertreter der Firma „Durgol“ Entkalker verglich, indem er geschliffene Marmorwürfel in verschiedene Produkte gab.
Voraussetzungen
S/ B-Reaktionen als Übertragung eines H+-Ions, pH-Wert, (Titration → optimal vorgängig mit Tropfflaschen-Methode nach Klemens Koch/ Philipp Fässler eingeübt, Dynamisches
Gleichgewicht → für Säurestärke-Teil) Lernziele
Nebst der Methode der Titration lernen die SchülerInnen insbesondere:
• Ausdenken und Dokumentieren eines wissenschaftlichen Experiments, so dass es nachvollziehbar ist.
• Auswertung und kritische Interpretation der Ergebnisse.
• Erkennen von Ursachen, welche das Experiment beeinflussen können.
Vorbereitung
Die SchülerInnen sollen ihren Bad-Reiniger von zu Hause mitbringen. Wir benötigen für den Versuch ca. 200 mL, den Preis und das Volumen einer Flasche. Am attraktivsten sind
Originalgebinde. Der Lehrer hält Reserveproben bereit.
Nebst sowieso im Labor vorhandener Chemikalien werden wir noch Kalksteine brauchen. In Schaffhausen sind diese auf dem Randen in unerschöpflicher Menge vorhanden. Die Steine sollten gut 10 g schwer sein bzw. ca. 2 cm Kantenlänge haben und nicht sofort zerbröseln.
Ablauf Praktikum (Doppellektion, 80 Minuten) Warum sind Badreiniger Säuren? Kalkflecken sollen entfernt werden, kurze Demo mit Kalkstein und Säure.
Titration erklären mit Kügelchen im Becherglas.
Lehrervortrag,
10 Minuten Becherglas 250 mL, Kalkstein wie oben beschrieben.
Becherglas 250 mL, Kügelchen in drei verschiedenen Farben, eine davon in grösserer Menge (z.B. aus den
Molekülbaukästen)
1
Erklärungen zu den Geräten (Alternativ: mit 1 mL-Spritzen, graduierten Pasteurpipetten oder Mikoliterpipetten titrieren lassen, diese sind einfacher in der Handhabung, aber u.U.
gefährlich mit 1M Natronlauge!)
Lehrervortrag, 5 Minuten
Titration Arbeiten im
Labor in
Zweiergruppen, 30 Minuten
mit Vernier pH-Sonden und GoLink! Interface, Software LoggerPro zur Datenerfassung
Stärke der Reiniger Arbeiten im
Labor in
Zweiergruppen, 30 Minuten
Ablauf Theorie-Lektion danach
An der Tafel Tabelle für die Auswertung und den Vergleich vorbereiten. Falls die Resultate ausgestellt werden sollen, Vorlagen für Poster o.ä. vorbereiten.
Simultantest der Reiniger-Stärke: Von jedem Reiniger 100 mL abmessen und gleichzeitig einen Kalkstein hineingeben.
Experiment durch
SchülerInnen moderiert vom Lehrer, 10 Minuten
je 100 mL aller Reiniger und Originalgebinde, je ein Becherglas 150 mL, je einen Kalkstein mit ca. 2cm Kantenlänge, Waage mit Grossanzeige zur Auswertung.
Erklärung der Auswertung einer Titration Lehrervortrag, 10 Minunten SchülerInnen werten ihre Titrationen aus,
schreiben Resultat in Tabelle (Tafel) Zweiergruppen, 10 Minuten Stoppen des Experiments, Notieren der
Resultate, Anfertigen der Poster 10 Minuten Bem erkungen
Bei diesem straffen Zeitplan hatte ich leider keinen Platz mehr, um die Rangliste gemeinsam mit den SchülerInnen aufzustellen. Meine Erfahrungen aus einer früheren Klasse zeigen aber, dass dies eine äusserst spannende Diskussion ist: Welche Prädikate werden vergeben, was für Kriterien verwenden wir usw.
Folgende Punkte blieben bei dieser Klasse ebenfalls aussen vor:
• Vergleich der verschiedenen Titrationskurven und somit visuelle Korrelation zur Konzentration. Die Vernier-Software LoggerPro ist dafür ausgezeichnet geeignet! Die Reiniger sind viel unterschiedlicher als z.B. verschiedene Speiseessige, eine ebenfalls gerne durchgeführte Titration.
• Auswertung hinsichtlich der Säurestärke (pKS), auch hier lässt sich mit überlagerten Kurven viel machen.
• Eingehen auf Titrationskurven mehrprotoniger Säuren.
• Abhängigkeit der „schnellen Kalklösung“ von Säurestärke und Konzentration.
Name: _______________________
Wie viel Säure ist im Bad-Reiniger?
Die hier benutzte Methode nennt man Titration. Eine Titration beantwortet die Frage:
Wie viel Säure (oder Base) hat es in einer Lösung? Im Folgenden ist die Titration für eine Säure beschrieben.
1) Man nimmt eine Base, welche möglichst stark ist und mit der Säure praktisch vollständig reagiert:
HA + OH- A- + H2O (GGW liegt rechts)
2) Man gibt so lange von dieser Base zu der Säure, bis alle Säure aufgebraucht ist.
3) Man beobachtet den pH-Wert:
Am Anfang ist die Lösung sauer. Es hat HA, welches mit Wasser zu H3O+ reagiert.
Wenn alle Säure weg ist, wird die Lösung schlagartig basisch, da c(OH-) stark ansteigt.
Sicherheit: Natronlauge wirkt stark ätzend. Besonders gefährdet sind Ihre Augen. Äusserste Vorsicht beim Füllen der Bürette! Die Lösungen dürfen deshalb auf keinen Fall über Augenhöhe in die Bürette eingefüllt werden!
Schutzbrille tragen! Spritzer auf der Haut sofort mit viel Wasser abwaschen.
Geräte: Bürette, Magnetrührgerät, Magnetrührstäbchen, Becherglas 250 mL, Messzylinder 10 mL.
Chemikalien: Badezimmer-Reiniger, Natronlauge c = 1 mol/L zum Füllen der Bürette Vorgehen: Bauen Sie folgenden Versuch auf:
Füllen Sie die Bürette unterhalb der Augenhöhe langsam mit der Natronlauge. Der Flüssigkeitsspiegel muss nicht bei Null, aber innerhalb der Skala der Bürette liegen.
Wenn sich unterhalb des Hahns noch Luftblasen befinden, stellt man ein Becherglas unter die Bürette, öffnet den Hahn vollständig (senkrechte Position) und lässt etwas Flüssigkeit ablaufen. Ist alle Luft draussen, schliesst man den Hahn.
10.0 mL des Reinigers werden mit dem Messzylinder in ein 250 mL Becherglas
Chemiepraktikum HS 12/13 3mc M. Schwarz, KS Schaffhausen
abgemessen. Füllen Sie das Becherglas mit entmineralisiertem Wasser, bis die Flüssigkeit ca. 2 cm hoch steht.
Achten Sie darauf, dass die pH-Elektrode das Rührstäbchen nicht berührt!
Schliessen Sie die pH-Elektrode an das GoLink-Gerät und dann an den Computer an.
Schalten Sie den Computer ein und öffnen Sie das Programm Logger Pro 3. Laden Sie im Logger Pro das Experiment 24a aus dem Ordner "C:\ProgramData\Vernier\Logger Pro 3\en-US\Experiments\_Chemistry with Vernier"
Bevor Sie mit der Titration beginnen, klicken Sie auf „Starten“ und lassen den pH- Wert stabilisieren. Ist dies der Fall (nach etwa 10 Sekunden), klicken Sie auf
„Beibehalten“. Geben Sie “0” (für 0 mL zugegeben) ein. Drücken Sie ENTER um das erste Datenpaar zu speichern .
Nun geben Sie in 0.5 mL Schritten Lösung aus der Bürette zu und registrieren die entsprechenden Datenpaare wiederum durch Klicken auf „Beibehalten“.
Die Titration ist zu Ende, wenn Sie ca. 4 Messpunkte im basischen Bereich haben.
Wenn Sie mit der Datenerfassung fertig sind, klicken Sie „Stop“.
Drucken Sie die fertige Messung (Daten und Kurve) pro Person ein Mal aus. Vergessen Sie Ihren Namen und Angaben zum verwendeten Reiniger nicht!
Speichern Sie die Daten auf dem Server ab.
Entsorgung: Giessen Sie alles in die Kanalisation.
Auswertung
1) Verwendeter Reiniger:
2) Preis pro Flasche:
3) Füllmenge der Flasche:
4) Preis pro 100 mL:
5) Gemessener pH mit Papierchen:
6) Gemessener pH mit Messgerät:
7) Bestimmen Sie den Äquivalenzpunkt wie besprochen. Berechnen Sie die Konzentration der Säure in Ihrem Reiniger und notieren Sie hier die Rechnung.
8) Erklären Sie, weshalb die Zugabe von Wasser zum Reiniger das Ergebnis nicht beeinflusst. Denken Sie an die Demonstration am Anfang mit den Kügelchen!
Wie stark bzw. schnell ist der Bad-Reiniger?
Zur Ermittlung der Säurestärke lösen wir ein Stücklein Kalk im unverdünnten Reiniger auf. Sie dürfen diesen Versuch nach eigenem Ermessen durchführen. Notieren Sie genau Ihr Vorgehen, Ihre Beobachtungen während des Experiments und am Schluss Ihre Ergebnisse.
Vorgehen:
Beobachtungen während des Experiments:
Ergebnisse:
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Beantworten Sie nun diese Fragen:
Von welchen Faktoren hängt es ab, wie schnell ein Kalkstück aufgelöst wird?
Begründen Sie zwei Punkte in Stichworten:
Wie müsste man vorgehen, dass die Messungen der Gruppen wirklich vergleichbar sind? Nennen Sie wiederum zwei Punkte, die sie stichwortartig erklären.
Welchen Fehlerquellen sind Sie in Ihrem Versuch begegnet? Antworten Sie in 2 – 3 Sätzen.
