Wo steht Kohlenstoff in der Reaktivitätsreihe?

Klassenpraktikum oder Demonstration

Die Position von Kohlenstoff in der Reaktivitätsreihe wird bestimmt, indem man Kohlenstoff mit Metalloxiden erhitzt und nach Anzeichen für eine Reaktion sucht. Magnesium wird dann in Kohlendioxid verbrannt, wobei Kohlenstoff und Magnesiumoxid entstehen.

Unterrichtsgestaltung

Dies kann als Klassenpraktikum (Versuch 1) und als Demonstration (Versuch 2) durchgeführt werden. Insgesamt sollten sie etwa eine Stunde dauern.

Gesundheits-& Sicherheits- und technische Hinweise

Lesen Sie unsere Standard-& Sicherheitsanweisungen

Augenschutz tragen.

Kohlenstoff, C(s) – siehe CLEAPSS Gefahrenkarte.

Kohlendioxidgas, CO2(g) – siehe CLEAPSS Gefahrenkarte.

Magnesiumoxid, MgO(s) – siehe CLEAPSS-Gefahrenkarte.

Magnesiumband, Mg(s) – siehe CLEAPSS-Gefahrenkarte.

Kupfer(II)-oxid, CuO(s), (SCHÄDLICH, GEFÄHRLICH FÜR DIE UMWELT) – siehe CLEAPSS-Gefahrenkarte.

Eisen(III)-oxid, Fe2O3(s) – siehe CLEAPSS Gefahrenkarte.

1 Es ist nicht möglich, die Reagenzgläser aus Versuch 1 vollständig zu reinigen. Vielleicht kann eine Schachtel mit „gebrauchten Reagenzgläsern“ für dieses Experiment verwendet werden.

Vorgehensweise

Versuch 1 Erhitzen von Kohlenstoff mit Metalloxiden:

a Entzünde einen Bunsenbrenner.

b Mische eine kleine Spatelmenge Kohlenstoffpulver und eine gleiche Menge Kupfer(II)-oxid in einem Reagenzglas. Bewege das Reagenzglas von einer Seite zur anderen, um die Feststoffe zu mischen.

c Halte das Reagenzglas in einem Reagenzglashalter. Erhitze das Reagenzglas stark mit einer lodernden Bunsenflamme. Achte auf ein Glühen, das auch dann noch anhält, wenn du das Röhrchen aus der Flamme nimmst. Achte auch auf eine Farbveränderung des Röhrchens.

d Wiederhole den Versuch mit einer Mischung aus Kohlenstoffpulver und Magnesiumoxid.

e Bereite eine Mischung aus Eisenoxid und Kohlenstoff wie unter b vor.

f Halte das Reagenzglas waagerecht und halte einen Magneten unter das Glas. Beobachte, ob irgendein Teil der Mischung magnetisch ist.

g Erhitze die Eisenoxid-Kohlenstoff-Mischung im Reagenzglas stark und achte auf Anzeichen einer Veränderung.

h Wenn du 5 Minuten lang erhitzt hast, lass das Reagenzglas abkühlen. Teste auf das Vorhandensein von magnetischen Teilchen, wie in Teil f.

i Notiere für jeden Versuch Folgendes.

Erscheinungsbild der Mischung zu Beginn (bei der Eisenoxid-Kohlenstoff-Mischung auch: „Ist sie magnetisch?“).

Erscheinungsbild der Mischung während des Erhitzens.

Aussehen der Mischung nach dem Erhitzen (bei der Eisenoxid-Kohlenstoff-Mischung auch: „Ist sie magnetisch?“).

Versuch 2 Die Reaktion von Magnesium mit Kohlendioxid:

Demonstration
a Fülle mit Hilfe einer Gasflasche oder eines Gasgenerators ein Gasgefäß mit Kohlendioxid und decke es mit einem gefetteten Deckel ab.

b Schneide mit einer Schere ein 10 cm langes Stück Magnesiumband ab.

c Zünde einen Bunsenbrenner an.

d Halte das Magnesiumband in einer Zange und halte ein Ende in die Flamme des Bunsenbrenners. Sobald es sich entzündet, nimm den Deckel vom Gasgefäß ab und tauche das Band schnell in das Kohlendioxid ein. Das Magnesium brennt im Kohlendioxid weiter und es bilden sich einige schwarze Kohlestückchen und weißes Magnesiumoxid.

Unterrichtshinweise

Experiment 1 Erhitzen von Kohlenstoff mit Metalloxiden:

Im Kohlenstoff-Kupferoxid-Röhrchen sollten die Schüler ein Glühen mit der Bildung von rotbraunem Kupfer sehen. Im Kohlenstoff/Magnesiumoxid-Röhrchen ist kein Glühen sichtbar und die Mischung sieht am Ende gleich aus (schwarze und weiße Teilchen). (Man beachte, dass in einigen Referenzen empfohlen wird, auf Kohlendioxid zu testen, aber das Erhitzen von Kohlenstoffpulver allein unter diesen Bedingungen erzeugt dieses Gas.)

Kohlenstoff steht in der Reaktivitätsreihe über Kupfer, aber unter Magnesium.

Die Reaktion ist:

Kohlenstoff + Kupferoxid → Kupfer + Kohlendioxid

Kupferoxid wird durch den Kohlenstoff zu Kupfer reduziert. (

Bleioxide werden ebenfalls reduziert, aber wegen der Giftigkeit von Blei ist Vorsicht geboten.

Zinkoxid kann als weiteres nicht reaktives Oxid verwendet werden, aber die Tatsache, dass es sich beim Erhitzen gelb färbt (aber beim Abkühlen wieder weiß wird), kann die Schüler verwirren.

Die Reaktion zwischen Kohlenstoff und Eisenoxid ist etwas subtiler. Der Inhalt des Röhrchens verändert sich nicht, aber oft werden einige magnetische Teilchen entdeckt. Man kann davon ausgehen, dass es sich dabei um Eisen handelt, dass also eine Reduktion stattgefunden hat.

Kohlenstoff + Eisenoxid → Eisen + Kohlendioxid

Kohlenstoff steht also in der Reaktivitätsreihe über dem Eisen (aber wegen des relativen Mangels an Reaktion nur knapp darüber).

Dieses Experiment kann zu einer Untersuchung der Hochöfen führen. Die Fähigkeit des Kohlenstoffs, Metalloxide zu reduzieren, ändert sich mit steigender Temperatur. So ist Kohlenstoff bei einer Temperatur von etwa 1800 Grad Celsius in einem Hochofen leichter in der Lage, Eisenoxid zu reduzieren.

Schülerfragen
Hier sind einige Fragen, die Sie Ihren Schülern zu Versuch 1 „Erhitzen von Kohlenstoff mit Metalloxiden“ stellen können.

1 In welchem Rohr/welchen Rohren findet eine Reaktion statt?

2 Welche Anzeichen für eine Reaktion gibt es?

3 Was kannst du über die Positionen von Magnesium, Eisen, Kupfer und Kohlenstoff in der Reaktionsreihe sagen?

4 Schreibe Wortgleichungen für alle aufgetretenen Reaktionen.

5 Welche Stoffe werden bei diesen Reaktionen reduziert?

Gesundheit & Sicherheit geprüft, 2016

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