Schulversuchspraktikum - Unterrichtsmaterialien Chemie · dass ein Katalysator bei einer chemischen Reaktion nicht verbraucht wird. Die Wirkungsweise des Katalysators kann von den

Schulversuchspraktikum

Sommersemester 2013

Klassenstufen 7 & 8

Katalysatoren

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1 Beschreibung des Themas und zugehörige Lernziele .............................................................................. 3

2 Relevanz des Themas und didaktische Reduktion ..................................................................................... 4

3 Lehrerversuche ......................................................................................................................................................... 5

3.1 V 1 – Katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit Platin ............................................ 5

3.2 V 2 – Homogene Katalyse von Tartrat ................................................................................................. 7

4 Schülerversuche ..................................................................................................................................................... 10

4.1 V 3 – Enzymatische Katalyse der Zersetzung von Wasserstoffperoxid ................................ 10

4.2 V 4 – Katalytische Spaltung von Stärke zu Traubenzucker ........................................................ 11

4.3 V 5 – Verbrennung von Zucker............................................................................................................... 13

4.4 V 6 – Die katalysierte Schlange des Pharao ...................................................................................... 15

5 Reflexion des Arbeitsblattes ............................................................................................................................. 20

5.1 Erwartungshorizont ................................................................................................................................... 20

5.2 Inhaltlicher Erwartungshorizont .......................................................................................................... 21

Auf einen Blick:

In diesem Protokoll werden sechs Versuche dargestellt, die drei inhaltliche Lernziele verfolgen:

Sie zeigen, dass ein Katalysator nach einer Reaktion wieder in der ursprünglichen Form vorliegt,

sie verdeutlichen den Einfluss eines Katalysators auf die Aktivierungsenergie und sie stellen

durch die enzymatische Katalyse Bezüge zur Biologie her.

Das Arbeitsblatt dient zur Protokollierung und Auswertung des Versuches V1. Mit dem Arbeits-

blatt erarbeiten die SuS, dass ein Katalysator nicht verbraucht wird und dass er die Aktivie-

rungsenergie senkt. Des Weiteren erstellen sie Energiediagramme.


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1 Beschreibung des Themas und zugehörige Lernziele

Im Basiskonzept „Energie“ wird in den Schuljahrgängen 7/8 die Wirkung von Katalysatoren auf

die Aktivierungsenergie beschrieben. Diese Thematik schließt an die Beschreibung chemischer

Reaktionen und der Aktivierungsenergie an. Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Reaktionsge-

schwindigkeit einer Reaktion erhöht, indem er die Aktivierungsenergie herabsetzt. Er wird

durch die chemische Reaktion nicht verbraucht.

Im Kerncurriculum heißt es:

Fachwissen: Die SuS beschreiben die Wirkung eines Katalysators auf die Akti-

vierungsenergie.

Erkenntnisgewinnung: Die SuS erstellen Energiediagramme.

Bewertung: Die SuS stellen Bezüge zur Biologie (Wirkungsweisen von Enzymen

bei der Verdauung) her.

Der Einfluss von Katalysatoren auf die Reaktionsgeschwindigkeit wird erst in der Qualifika-

tionsphase behandelt.

Angelehnt an das Kerncurriculum sind die Lernziele der beschriebenen Versuche formuliert:

Die SuS beschreiben, dass ein Katalysator durch chemische Reaktionen nicht verbraucht

wird.

Die SuS beschreiben den Einfluss von Katalysatoren auf die Aktivierungsenergie

In diesem Protokoll werden sechs Versuche vorgestellt. Bei allen Versuchen wird die Reaktion

mit und ohne Katalysator gegenübergestellt. V1 ist eine heterogene Katalyse, die sich dazu eig-

net zu verdeutlichen, dass ein Katalysator nicht verbraucht wird. V2 ist eine homogene Katalyse.

Mit den Versuchen V3 und V4 werden Bezüge zur Biologie hergestellt. V5 und V6 sind einfache

Schülerversuche, die lediglich den Einfluss des Katalysators auf die Aktivierungsenergie zeigen.


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2 Relevanz des Themas und didaktische Reduktion

Die Relevanz des Themas „Katalysatoren“ ergibt sich aus der Bedeutung von Katalysatoren in

großtechnischen Prozessen und im Alltag. In Menschen, Tieren und Pflanzen wirken Enzyme

katalytisch und ermöglichen so lebensnotwendige Prozesse. Die folgende Aufzählung gibt einige

konkrete Beispiele:

Im Haber-Bosch-Verfahren wird Ammoniak gewonnen wird. Ammoniak ermöglicht als Be-

standteil von Dünger die Ernährung weiter Teile der Weltbevölkerung.

Als Abgaskatalysator im Auto verringern Katalysatoren die Schadstoffemmissionen drastisch.

Die alkoholische Gärung ist Grundlage der Erzeugung von Bier, Wein oder Hefeteig.

In der Photosynthese wird enzymatisch für Menschen und Tiere lebenswichtiger Sauerstoff

gebildet.

Für ein umfassendes Verständnis der Chemie und ihrer Rolle für unser Leben ist die Kenntnis

der Katalyse unverzichtbar.

Katalytische Prozesse sind sehr komplizierte Prozesse, deren konkreter Wirkmechanismus oft-

mals gar nicht bekannt ist. Der Wirkmechanismus von Enzymen oder der z.B. Platinoberfläche

wird daher mit den SuS nicht diskutiert. Auch der Einfluss eines Katalysators auf die Reaktions-

geschwindigkeit wird nicht betrachtet, da Kinetik erst in der Sekundarstufe II behandelt wird.

Im Versuch V2 entsteht als Übergangsprodukt ein Kupfertatrat-Komplex. Dieser Komplex wird

didaktisch reduziert als „Verbindung“ bezeichnet.


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3 Lehrerversuche

3.1 V 1 – Katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit Platin

Gefahrenstoffe

Wasserstoffperoxid (w=0,3) H: 271, 302, 332, 314, 318, 335 -

Materialien: 2 Uhrgläser, Overheadprojektor, Kupferdraht, Platindraht

Chemikalien: Wasserstoffperoxid (w=0,3)

Durchführung: Die beiden Drähte werden zu je einer Spirale geformt und auf ein Uhrglas

gelegt. Die beiden Drähte werden mit 2-3 Millilitern Wasserstoffperoxid-

Lösung bedeckt.

Die beiden Uhrgläser werden über den Overheadprojektor beobachtet. Zur

Unterscheidung sollten diese beschriftet werden.

Beobachtung: An dem Platindraht sind kleine Bläschen zu erkennen; am Kupferdraht

können keine Bläschen beobachtet werden.

In diesem Versuch wird Wasserstoffperoxid katalytisch an einem Platindraht gespalten. Als

Vergleich wird gezeigt, dass ein Kupferdraht für diese Reaktion keine katalytische Wirkung

besitzt.


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Abb. 1 – Projektion eines Kupferdrahtes (links) und eines Platindrahtes (rechts) Wasserstoff-

peroxid-Lösung

Deutung: An der Platinoberfläche wird die Zersetzung von Wasserstoffperoxid zu

Wasser und Sauerstoff katalysiert:

2 H2O2 (l) 2 H2O (l) + O2 (g)

Bei den Bläschen handelt es sich um Sauerstoff.

Durch die Platinoberfläche wird die Aktivierungsenergie dieser Reaktion

soweit herabsetzt, dass sie bei Zimmertemperatur abläuft.

An der Kupferoberfläche wird die Reaktion nicht katalysiert. Dies zeigt,

dass Katalysatoren spezifisch wirken.

Es wird deutlich, dass der Katalysator bei der Reaktion nicht verbraucht

wird.

Entsorgung: Stark verdünnt und neutralisiert können kleine Mengen Wasserstoffper-

oxid dem Abwasser zugeführt werden.

Literatur: [1] K. Häußler, H. Rampf, R. Reichelt, Experimente für den Chemieunter-

richt – mit einer Einführung in die Labortechnik, Oldenbourg, 2. Auflage,

1995, S. 62f.


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3.2 V 2 – Homogene Katalyse von Tartrat

Gefahrenstoffe


Cobaltchlorid H: 350i, 341, 360F, 302, 334,

317, 400, 410

P: 201, 281, 273, 308+313,

304+340

Signettesalz - -

Wasser - -

Materialien: Bechergläser

Unterrichtsanschlüsse

Der Versuch kann in den Jahrgangsstufen 7/8 auch als Schülerversuch durchgeführt werden,

wenn genügend Platindraht zur Verfügung steht. Im Schülerversuch würde die Reaktion in

einem Reagenzglas durchgeführt werden. Da der Versuch sehr einfach ist und die Beobachtun-

gen unspektakulär, bleibt die Frage, ob sich in diesem Fall der Zeit- und Materialaufwand für

einen Schülerversuch rentieren.

Als heterogene Katalyse ist dieser Versuch sehr gut dazu geeignet den SuS zu verdeutlichen,

dass ein Katalysator bei einer chemischen Reaktion nicht verbraucht wird.

Die Wirkungsweise des Katalysators kann von den SuS nicht vollständig nachvollzogen wer-

den. Eine reduzierte Erklärung für die SuS könnte sein, dass an der Oberfläche des Platindrah-

tes bestimmte Bindungen „gelockert“ werden.

In diesem Versuch wird Tartrat katalytisch zersetzt. Die Reaktion wird durch eine Farbverän-

derung deutlich. In einer Vergleichsprobe, in die der Katalysator nicht hinzugefügt wird, findet

kein Farbwechsel und damit keine Reaktion statt.


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Chemikalien: 5 g Seignettesalz, 3 mL Wasserstoffperoxid-Lösung (w = 0,35), 0,4 g Co-

balt(II)-chlorid

Durchführung: Zunächst werden die Lösungen angesetzt. Dazu wird in je einem Becherglas

5 g Seignettesalz mit 60 mL Wasser (A),

0,4 g Cobaltchlorid mit 5 mL Wasser (B) und

3 mL Wasserstoffperoxid-Lösung (w = 0,35) mit 18 ml Wasser versetzt (C).

Aus den Lösungen A und B wird eine Lösung gebildet, die auf zwei Becher-

gläser aufgeteilt wird. In eines der beiden Lösungen wird Lösung C zugege-

ben und die Lösungen werden beobachtet.

Beobachtung: Bei der Lösung, die kein Cobaltchlorid enthält, wird keine Veränderung

beobachtet; sie bleibt klar. Nach längerer Zeit ist die Lösung wieder rosa.

Die Lösung, die Cobaltchlorid enthält, ist am Anfang blassrosa und am Ende

grün. In dieser Lösung werden Bläschen beobachtet.

Abb. 2 – Die beiden Lösungen vor und während der Reaktion. Im linken Becherglas wurde der

Katalysator hinzugegeben, die Lösung in diesem Becherglas färbt sich am Ende wieder rosa.

Deutung: Cobaltchlorid wirkt als Katalysator für die Zersetzung von Tartrat zu Hy-

drogencarbonat und Kohlenstoffdioxid. Die Bläschenbildung ist auf die Bil-

dung von Kohlenstoffdioxid zurückzuführen.


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Die grüne Färbung ist auf eine Cobalt-Tatrat-Verbindung zurückzuführen.

Am Ende der Reaktion liegt sie nicht mehr vor, die Lösung ist wieder rosa.

Durch die Bildung des Übergangsproduktes wird die Aktivierungsenergie

soweit herabgesetzt, dass die Reaktion bei Zimmertemperatur abläuft. Im

zweiten Becherglas ohne Katalysator findet die Reaktion nicht statt.

Entsorgung: Die mit Cobaltchlorid versetzte Lösung wird neutral über den Behälter für

Schwermetalle entsorgt, die anderen Lösungen werden stark verdünnt dem

Abwasser zugeführt.

Literatur: [2] J. Kranz, www.chids.de/dachs/expvortr/687Katalyse_Kranz.doc (Zu-

letzt abgerufen am 30. Juli 2013, 18.40 Uhr).


Im Gegensatz zu dem Lehrerversuch V1 zeigt dieser Versuch eine homogene Katalyse. Die Ver-

suche V1 und V2 können also zur Abgrenzung der Begriffe „homogene“ und „heterogene“ Kata-

lyse eingesetzt werden.

Die Reaktionsgleichung und damit die Wirkungsweise des Katalysators kann von den SuS nicht

nachvollzogen werden. Es bleibt also bei der phänomenologischen Feststellung, dass eine che-

mische Reaktion stattgefunden hat. Dies zeigt der Versuch durch seinen Farbwechsel aber sehr

eindrucksvoll.

Der Versuch darf nicht als Schülerversuch durchgeführt werden, da SuS nicht mit Cobaltchlorid

experimentieren dürfen.

Die mit Cobaltchlorid versetzte Lösung wird neutral über den Behälter für Schwermetalle ent-

sorgt, die anderen Lösungen werden stark verdünnt dem Abwasser zugeführt.


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4 Schülerversuche

4.1 V 3 – Enzymatische Katalyse der Zersetzung von Wasserstoffperoxid

Gefahrenstoffe


Materialien: 2 Uhrgläser, eine rohe Kartoffel, eine gekochte Kartoffel

Chemikalien: Wasserstoffperoxid-Lösung (w=0,3)

Durchführung: Die beiden Kartoffeln werden halbiert und auf ein Uhrglas gelegt. Auf die

Schnittflächen werden jeweils wenige Tropfen Wasserstoffperoxid ge-

tropft.

Beobachtung: Auf der rohen Kartoffel bilden sich Bläschen. Auf der gekochten Kartoffel

kann keine Veränderung festgestellt werden.

Abb. 3 – Wasserstoffperoxid auf einer gekochten und einer rohen Kartoffel

In diesem Versuch wird gezeigt, dass eine rohe Kartoffel im Gegensatz zu einer gekochten Kar-

toffel die Zersetzung von Wasserstoffperoxid katalysiert.


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Deutung: Kartoffeln enthalten das Enzym Katalase, welches die Zersetzung von Was-

serstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff katalysiert (vlg. V1). Die Bläschen

auf der rohen Kartoffel deuten auf die Bildung von Sauerstoff hin.

Das Enzym senkt die Aktivierungsenergie der Reaktion soweit, dass die

Umgebungswärme ausreicht.

Auf der gekochten Kartoffel findet die Reaktion nicht statt, da das Enzym

durch das Kochen zerstört wurde.

Entsorgung: Die Kartoffeln können gründlich abgewaschen im normalen Mülleimer ent-

sorgt werden. Stark verdünnt kann Wasserstoffperoxid dem Abwasser zu-

geführt werden.

Literatur: [3] H. Schmidkunz, W. Rentzsch, Chemische Freihandversuch – Kleine Ver-

suche mit großer Wirkung – Band 1, Aulis Verlag, 1. Auflage, 2011, S. 114

4.2 V 4 – Katalytische Spaltung von Stärke zu Traubenzucker


Der Versuch zeigt, dass Wasserstoffperoxid auch enzymatisch gespalten werden kann. Er kann

im Anschluss an den Versuch V1 gezeigt werden.

Der Versuch verdeutlicht die Wirkungsweise von Enzymen, die lebensnotwendig sind und in

der Biologie diskutiert werden. Der Versuch bietet also die Möglichkeit einer fächerübergrei-

fenden Verknüpfung. Er zeigt aber auch, dass Enzyme zerstört werden können.

Anknüpfend kann auch die Wirkung von Katalysatorgiften veranschaulicht werden. In einem

anschließenden Lehrerdemonstrationsversuch kann gezeigt werdne, dass z.B Schwermetalle,

die auf die Kartoffel gegeben werden, die enzymatische Wirkung verhindern.

In diesem Versuch wird Stärke durch das im Speichel enthaltene Enzym Amylase zu Trauben-

zucker gespalten.


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Materialien: 2 kleine Bechergläser

Chemikalien: Stärke, Lugolsche Lösung

Durchführung: In die beiden Bechergläser wird frisch aufgekochte, verdünnte Stärkelö-

sung gegeben. Beide Lösungen werden mit wenigen Tropfen Lugolscher

Lösung versetzt, bis die Lösungen eine dunkelblaue Färbung aufweisen.

Eines der beiden Bechergläser wird mit Speichel versetzt, indem in das Be-

cherglas gespuckt wird. Beide Lösungen werden beobachtet.

Beobachtung: In dem Becherglas, in dem sich kein Speichel befindet, lässt sich keine Ver-

änderung beobachten.

Die Lösung, zu der der Speichel hinzugefügt wurde, entfärbt sich.

Abb. 4 – Die Lösung mit Speichel (links) und ohne Speichel (rechts)

Deutung: Die Lugolsche Lösung ist ein Indikator für Stärke, das heißt in der weißen

Lösung befindet sich keine Stärke mehr.

Das Enzym Amylase, das im Speichel enthalten ist, katalysiert die Spaltung

der Stärke zu Traubenzucker. Daher entfärbt sich die Lösung, die Speichel

enthält.

Als Aktivierungsenergie für diese Reaktion mit dem Katalysator reicht die

Umgebungswärme aus.


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Entsorgung: Die Lösungen werden mit Natriumthiosulfat versetzt und in den Abguss

gegeben.

Literatur: [1] K. Hohmann

http://www.chids.de/dachs/praktikumsprotokolle/PP0089Hydrolyse_Sta

erke.pdf (zuletzt abgerufen am 31.Juli d2013, 18.45 Uhr)

4.3 V 5 – Verbrennung von Zucker

Materialien: Bunsenbrenner, Tiegelzange

Chemikalien: 2 Würfelzucker, Pflanzenasche / Zigarettenasche


Genauso wie der Versuch V3 bietet dieser Versuch die Möglichkeit, eine Verknüpfung mit der

Biologie herzustellen. Konkret kann mit diesem Versuch verdeutlicht werden, welche Rolle

Enzyme bei der Verdauung spielen.

Als Alternative zum eigenen Speichel kann auch das Enzym Amylase selbst genutzt werden, das

in vielen Sammlungen vorhanden ist. Allerdings bietet der Einsatz von Speichel den Vorteil,

dass der Bezug zur eigenen Verdauung für die SuS einfacher ist.

Da die SuS weder eine Strukturformel für Stärke noch die Strukturformel für Traubenzucker

angeben können, muss die Reaktionsgleichung für die SuS als Wortgleichung formuliert wer-

den.

Als Vorversuch oder alternativ zu diesem Versuch können die SuS aufgefordert werden, eine

Backoblate in ihrem Mund zu behalten, bis sie einen süßlichen Geschmack wahrnehmen. Back-

oblaten bestehen aus Stärke, die durch die Amalyse im Speichel zu Traubenzucker gespalten

wird. Allerdings muss den SuS verdeutlicht werden, dass sie trotz dieser Ausnahme in den

Fachräumen nicht essen und nicht trinken dürfen.

In diesem Versuch wird gezeigt, dass Zucker mit Hilfe eines Katalysators verbrannt werden

kann. Ohne Katalysator ist dies nicht möglich; der Zucker karamellisiert lediglich.


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Durchführung: Mit der Tiegelzange wird ein Würfelzucker in die Flamme des Bunsenbren-

ners gehalten.

Ein anderer Würfelzucker wird mit Pflanzenasche eingerieben und dann in

die Brennerflamme gehalten.

Beobachtung: Der Würfelzucker, der mit Pflanzenasche eingerieben wurde, brennt mit

gelber Flamme. Der andere Würfelzucker brennt nicht; er karamellisiert

lediglich.

Abb. 5 – Der Würfelzucker, der mit Pflanzenasche eingerieben wurde brennt (rechts); der ande-

re Würfelzucker karamellisiert (links).

Deutung: Bei der Verbrennung handelt es sich um eine Reaktion von Zucker mit

Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Allerdings ist die Verbrennung

unvollständig; die schwarze Farbe ist auf Kohlenstoff zurückzuführen. Die

Verbrennung wird durch Kaliumcarbonat bzw. Kaliumoxid katalysiert, das

in Pflanzenasche enthalten ist.

Ohne einen Katalysator findet keine Verbrennung statt, der Würfelzucker

karamellisiert lediglich.

Entsorgung: Der karamellieiserte und der verbrannte Zucker können im Hausmüll ent-

sorgt werden.

Literatur: [3] H. Schmidkunz, W. Rentzsch, Chemische Freihandversuch – Kleine Ver-

suche mit großer Wirkung – Band 1, Aulis Verlag, 1. Auflage, 2011, S. 114.


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4.4 V 6 – Die katalysierte Schlange des Pharao

Gefahrenstoffe

Ethanol H: 255 P: 210

Materialien: 2 Abdampfschalen, Sand

Chemikalien: Emser Pastillen, Ethanol,

Durchführung: In der Vorbereitung des Versuches werden die Emser Pastillen in Ethanol

eingelegt.

In eine der beiden Abdampfschalen wird Sand zu einem Berg gefüllt und

mit Ethanol getränkt. Auf den Sandberg werden zwei Emser Pastillen über-

einander gestapelt.


Der Versuch ist für SuS einfach durchzuführen. Er knüpft mit der Karamellisation an Alltagser-

fahrungen der SuS an – besonders in der Vorweihnachtszeit.

Allerdings birgt er auch Schwierigkeiten. Den SuS muss vermittelt werden, dass die Pflanzen-

asche als Katalysator wirkt und nicht durch die Reaktion verbraucht wird. Dazu erscheint es

sinnvoll zu zeigen, dass Pflanzenasche selbst nicht brennbar ist.

Der Versuch kann auch einfacher gestaltet werden. Zum Beispiel können die Würfelzucker auf

einer feuerfesten Unterlage mit einem Streichholz entzündet werden. Allerdings können durch

die beschriebene Versuchsdurchführung die experimentellen Fähigkeiten der SuS gefördert

werden.

In diesem Versuch wird gezeigt, dass der Versuch „Die Schlange des Pharao“ ohne Katalysator

weniger eindrucksvoll verläuft.


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In die zweite Abdampfschale werden zwei Emser Pastillen gelegt und ein

wenig Ethanol in die Abdampfschale gefüllt.

In beiden Abdampfschalen wird das Ethanol entzündet.

Beobachtung: In beiden Abdampfschalen brennt das Ethanol.

In der Abdampfschale mit Sand entsteht eine lange schwarze „Schlange“.

Auch in der Abdampfschale ohne Sand entsteht eine solche Schlange, aller-

dings ist sie deutlich kürzer.

Abb. 5 – Links ist der Katalysator vorhanden, rechts ist kein Katalysator vorhanden.

Deutung: Bei dem Versuch laufen mehrere Reaktionen ab.

Das Ethanol verbrennt mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser.

Dadurch wird das in den Emser Pastillen enthaltene Natriumhydrogencar-

bonat zersetzt. Dabei wird unter anderem Kohlenstoffdioxid frei. Dieses

wirkt als Treibmittel.

Gleichzeitig verbrennt der enthaltene Zucker zu Kohlenstoffdioxid bzw. zu

elementarem Kohlenstoff. Die schwarze Farbe ist auf elementaren Kohlen-

stoff zurückzuführen.

Die Reaktion wird durch Eisen(III)-Ionen, die im Sand enthalten sind kata-

lysiert. Daher entsteht in der Abdampfschale mit Sand eine sehr viel länge-

re „Schlange“


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Entsorgung: Wenn das Ethanol vollständig verbrannt ist, kann der Sand wieder ver-

wendet oder aufgehoben werden. Die Schlangen bzw. überschüssige Pastil-

len werden im Hausmüll entsorgt.

Literatur: [2] A.Gerner

http://www.chids.de/dachs/wiss_hausarbeiten/Kohlenhydrate_Gerner/ve

rsuche/protokolle/pharaoschlange.pdf (zuletzt abgerufen am 31. Juli 2013,

23.13 Uhr)


Der Versuch eignet sich als Show-Versuch am Ende einer Unterrichtseinheit zum Thema „Kata-

lysatoren“. Die anderen vorgestellten Versuche eigenen sich zu Erarbeitung deutlich besser, da

zum Beispiel die Zersetzung von Wasserstoffperoxid einfacher ist als die Reaktionen in diesem

Versuch.

Dennoch ist das Versuchsergebnis sehr deutlich.

http://www.chids.de/dachs/wiss_hausarbeiten/Kohlenhydrate_Gerner/versuche/protokolle/pharaoschlange.pdf

http://www.chids.de/dachs/wiss_hausarbeiten/Kohlenhydrate_Gerner/versuche/protokolle/pharaoschlange.pdf

AB: Protokoll und Auswertung des Versuchs „Katalytische Zersetzung von Wasserstoffper-oxid“

Datum

Titel der Unterrichtseinheit

Arbeitsauftrag:

Fertigt ein Protokoll des Versuches an. Nutzt dabei die folgende Vorlage:

Material:

Chemikalien:

Durchführung:

Beobachtung:

Deutung:

1. Die Wortgleichung für diese Reaktion lautet:

Wasserstoffperoxid reagiert zu Wasser und Sauerstoff.

Bei den Bläschen handelt es sich um Sauerstoffbläschen. Wie können wir dies überprüfen? Be-

schreibe ein Experiment.

2. Wasserstoffperoxid kann auch zersetzt werden, indem wir die Lösung erhitzen. Das Energie-

diagramm dieser Reaktion sieht so aus:

Energiediagramm der Reaktion „Wasserstoff-

peroxid wird erhitzt und zersetzt sich


peroxid wird katalytisch mit Platin zersetzt.

Beschrifte das Energiediagramm.

Zeichne das Energiediagramm für die katalytische Zersetzung von Wassrestoffperoxid am

Platindraht.

3. Katalysatoren haben die Eigenschaft, an einer chemischen Reaktion teilzunehmen, nach

der Reaktion aber wieder in der ursprünglichen Form vorzuliegen. Sie werden nicht

„verbraucht“. Überlege dir eine Veränderung dieses Experimentes, durch das wir dies

überprüfen können.

4. Warum läuft die Reaktion bei dem Kupferdraht nicht freiwillig ab?


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5 Reflexion des Arbeitsblattes

Das Arbeitsblatt dient der Protokollierung und der Auswertung des Lehrerversuches V1. Wäh-

rend die Versuchsdurchführung und Versuchbeobachtung wenig strukturiert ist, ist die Deutung

des Versuches in drei Fragen gegliedert.

5.1 Erwartungshorizont

Fachwissen: Die SuS beschreiben, dass ein Katalysator an einer Reaktion teil-

nimmt, aber am Ende der Reaktion wieder in der ursprünglichen

Form vorliegt. Dies wird durch Frage 3 im Anforderungsniveau 3

gefördert, in der die SuS ein Experiment entwickeln sollen.

Die SuS beschreiben den Einfluss eines Katalysators auf die Akti-

vierungsenergie. Dies wird durch Frage 2 im Anforderungsniveau

2 gefördert, in der die SuS Energiediagramme zur Beschreibung

eines katalytischen Prozesses anwenden sollen.

Die SuS nennen, dass Katalysatoren selektiv wirken. Dies wird

durch Frage 4 im Anforderungsniveau 1 gefördert, in der die SuS

die Selektivität von Katalysatoren an einem konkreten Beispiel

nennen sollen.

Erkenntnisgewinnung: Die SuS erstellen Energiediagramme. Dies wird durch Frage 2 im

Anforderungsniveau 2 gefördert, in der die SuS Energiediagramme

zeichnen zur Beschreibung eines katalytischen Prozesses anwen-

den sollen.


5.2 Inhaltlicher Erwartungshorizont

Arbeitsauftrag:

Fertigt ein Protokoll des Versuches an. Nutzt dabei die folgende Vorlage:

Material: 2 Uhrgläser, Overheadprojektor, Kupferdraht, Platindraht

Chemikalien: Wasserstoffperoxd (w=0,3)

Durchführung: Die beiden Drähte werden zu je einer Spirale geformt und auf ein Uhrglas ge-legt. Die beiden Drähte werden mit Wasserstoffperoxid-Lösung bedeckt.

Die beiden Uhrgläser werden über den Overheadprojektor beobachtet. Zur Unerscheidung werden diese beschriftet.

Beobachtung: An dem Platindraht ist sind kleine Bläschen zu erkennen, am Kupferdraht kön-nen keine Bläschen beobachtet werden.

Deutung:

1. Die Wortgleichung für diese Reaktion lautet:

Wasserstoffperoxid reagiert zu Wasser und Sauerstoff.

Bei den Bläschen handelt es sich um Sauerstoffbläschen. Wie können wir diese These überprü-

fen? Beschreibe ein Experiment.

Bei der Glimmspanprobe wird das Gas in einem RG aufgefangen. Ein glühender Holzspan wird

eingeführt. Flammt er wieder auf, handelt es sich bei dem Gas um Sauerstoff.

2. Wasserstoffperoxid kann auch zersetzt werden, indem wir die Lösung erhitzen. Das Energie-

diagramm dieser Reaktion sieht so aus:

Beschrifte das Energiediagramm.

Zeichne das Energiediagramm für die katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid am

Platindraht.



peroxid wird erhitzt und zersetzt sich


peroxid wird katalytisch mit Platin zersetzt.

3. Katalysatoren haben die Eigenschaft, an einer chemischen Reaktion teilzunehmen, nach der

Reaktion aber wieder in der ursprünglichen Form vorzuliegen. Sie werden nicht „verbraucht“.

Überlege dir eine Veränderung dieses Experimentes, durch das wir dies überprüfen können.

Es wird überprüft, ob Platin die Reaktion über mehrere Wochen katalysiert und ob er sich dabei

verändert. Dazu sollte am Anfang ein Foto von dem Platindraht gemacht werden. Es muss sicher-

gestellt werden, dass immer wieder neues Wasserstoffperoxid hinzugegeben wird.

4. Warum läuft die Reaktion bei dem Kupferdraht nicht freiwillig ab?

Kupfer katalysiert die Reaktion nicht; die Umgebungswärme reicht als Aktivierungsenergie nicht

aus.

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