Waar komt koolstof voor in de reactiviteitsreeks?

Practicum of demonstratie

De plaats van koolstof in de reactiviteitsreeks wordt bepaald door koolstof te verhitten met metaaloxiden en te kijken of er een reactie optreedt. Magnesium wordt dan verbrand in koolstofdioxide waarbij koolstof en magnesiumoxide ontstaan.

Lesorganisatie

Dit kan worden gedaan als een klassikaal practicum (experiment 1) en een demonstratie (experiment 2). Alles bij elkaar duurt dit ongeveer een uur.

Gezondheid &Veiligheid en Technische Nota’s

Lees onze standaard &veiligheidsinstructies

Draag oogbescherming.

Koolstof, C(s) – zie CLEAPSS Hazcard.

Koolstofdioxidegas, CO2(g) – zie CLEAPSS Hazcard.

Magnesiumoxide, MgO(s) – zie CLEAPSS Hazcard.

Magnesiumlint, Mg(s) – zie CLEAPSS Hazcard.

Koper(II)oxide, CuO(s), (HARMFUL, DANGEROUS FOR THE ENVIRONMENT) – zie CLEAPSS Hazcard.

Iron(III) oxide, Fe2O3(s) – zie CLEAPSS Hazcard.

1 Het is niet mogelijk om de reageerbuizen van experiment 1 volledig schoon te maken. Misschien kan voor dit experiment een doos ‘gebruikte reageerbuizen’ worden gebruikt.

Procedure

Experiment 1 Verhitting van koolstof met metaaloxiden :

a Steek een bunsenbrander aan.

b Meng een kleine spatel koolstofpoeder en een gelijke hoeveelheid koper(II)oxide samen in een reageerbuis. Beweeg de buis van links naar rechts om de vaste stoffen te mengen.

c Houd de buis in een reageerbuishouder. Verhit de buis sterk met een ronkende bunsenvlam. Zoek naar een gloed die aanhoudt lang nadat de buis uit de vlam is genomen. Kijk ook of de buis van kleur verandert.

d Herhaal het experiment met een mengsel van koolstofpoeder en magnesiumoxide.

e Bereid een mengsel van ijzeroxide en koolstof zoals in b hierboven.

f Houd de reageerbuis horizontaal en laat een magneet onder het glas lopen. Kijk of een deel van het mengsel magnetisch is.

g Verhit het mengsel van ijzeroxide en koolstof sterk in de reageerbuis en kijk of er tekenen van verandering zijn.

h Als je 5 minuten hebt verhit, laat je de buis afkoelen. Test op de aanwezigheid van eventuele magnetische deeltjes, zoals in deel f.

i Noteer voor elk experiment het volgende.

Opmaak van het mengsel bij het begin (inclusief, voor het mengsel van ijzeroxide en koolstof, “is het magnetisch?”).

Opmaak van het mengsel tijdens het verwarmen.

Overschijningsvorm van het mengsel na verhitting (inclusief, voor het ijzeroxide/koolstofmengsel, “is het magnetisch?”).

Experiment 2 De reactie van magnesium met kooldioxide:

Demonstratie
a Vul met behulp van een gasfles, of een gasgenerator, een gaspot met kooldioxide en dek af met een ingevet deksel.

b Knip met een schaar een stuk magnesiumlint van 10 cm af.

c Steek een bunsenbrander aan.

d Houd het magnesiumlint in een tang, en plaats één uiteinde in de vlam van de bunsenbrander. Zodra het ontbrandt, verwijdert u het deksel van de gaspot en dompelt u het lint snel in de kooldioxide. Het magnesium blijft branden in het kooldioxide, waarbij enkele zwarte vlekken koolstof en wit magnesiumoxide worden gevormd.

Leerbriefjes

Experiment 1 Verhitting van koolstof met metaaloxiden:

De leerlingen moeten in de buis met koolstof/koperoxide een gloed zien met de vorming van roodbruin koper. In de koolstof/magnesiumoxide-buis is geen gloed zichtbaar en ziet het mengsel er aan het eind hetzelfde uit (zwarte en witte deeltjes). (Merk op dat in sommige referenties wordt aanbevolen te testen op koolstofdioxide, maar bij verhitting van koolstofpoeder alleen onder deze omstandigheden ontstaat dit gas.)

Koolstof staat boven koper maar onder magnesium in de reactiviteitsreeks.

De reactie is:

Koolstof + koperoxide → koper + koolstofdioxide

Koperoxide wordt door de koolstof gereduceerd tot koper. (Reductie is verwijdering van zuurstof, op dit niveau.)

Loodoxiden worden ook gereduceerd, maar voorzichtigheid is geboden vanwege de giftigheid van lood.

Zinkoxide kan worden gebruikt als een ander niet-reactief oxide, maar het feit dat het geel wordt bij verhitting (maar weer wit wordt bij afkoeling) kan verwarrend zijn voor leerlingen.

De reactie tussen koolstof en ijzeroxide is wat subtieler. Er is geen verandering in de inhoud van de buis, maar vaak worden enkele magnetische deeltjes waargenomen. Hiervan kan worden aangenomen dat het ijzer is, dus dat er enige reductie heeft plaatsgevonden.

Koolstof + ijzeroxide → ijzer + kooldioxide

Koolstof staat dus boven ijzer in de reactiviteitsreeks (maar, vanwege het relatieve gebrek aan reactie) er maar net boven.

Dit experiment kan leiden tot een studie van de hoogovens. Het vermogen van koolstof om metaaloxiden te reduceren verandert naarmate de temperatuur stijgt. Zo is koolstof bij een temperatuur van ongeveer 1800 graden Celsius in een hoogoven beter in staat ijzeroxide te reduceren.

Studentenvragen
Hierbij enkele vragen om aan uw leerlingen te stellen over experiment 1 ‘Het verhitten van koolstof met metaaloxiden’.

1 In welke buis(sen) treedt een reactie op?

2 Welke tekenen van reactie zijn er?

3 Wat kun je concluderen over de posities van magnesium, ijzer, koper en koolstof in de reactiviteitsreeks?

4 Schrijf woordvergelijkingen voor alle reacties die optraden.

5 Welke stoffen worden bij deze reacties gereduceerd?

Gezondheid & Veiligheid gecontroleerd, 2016

Credits