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Untersuchungen zur praktischen Umsetzung der Stöchiometrischen Gesetze .doc

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Natural Science
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Chemistry
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Miscellaneous
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Karl-Franzens-Universität Graz - KFU
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Problemstellung: Untersuchungen zur praktischen Umsetzung der Stöchiometrischen Gesetze Mittels der Reduktion eines Kupferoxids (CuxO) zu Kupfer (Versuch 1) soll das Gesetz der konstanten Proportionen geprüft werden, durch die thermische Zersetzung von Kupfersulfat – Pentahydrat (CuSO4*5H2O) (Versuch 2), das Gesetz der multiplen Proportionen.

Untersucht wurde, ob die Ergebnisse der aus der Reaktionsgleichung theoretisch resultierenden Massenverhältnisse übereinstimmen und ob es sich dabei um ganzzahlige Mengenverhältnisse handelt.

Experimentelles: Versuch 1: Bestimmung der Summenformel eines Kupferoxids (CuxO) Kupfer bildet 2 Oxide, Kupfer(I)oxid und Kupfer(II)oxid.

Es soll anhand der Reaktionsgleichung (Reduktion von Kupferoxid mittels Propangas) festgestellt werden, welches der beiden Oxide für die Reaktion verwendet wurde. Eine bestimmte Menge an Kupferoxid (Einwaage) wurde in eine Quarzeprouvette eingewogen und im oberen Drittel der Flamme so lange erhitzt, bis die Reduktion des Kupferoxids (CuxO) zu metallischem Kupfer (Cu) ,erkennbar durch die Rotfärbung der ursprünglich schwarzen Substanz erfolgt ist.

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Molmasse Cu [g/mol]

63,546

 

Molmasse O [g/mol]

15,9994

 

 

 

Praktische Ergebnisse

Einwaage CuxO [g]

3,40

Auswaage Cu [g]

2,76

Massendifferenz [g]

0,64

Mole O [mol]

0,04

Mole Cu [mol]

0,04

x in CuxO

1

Relativer Fehler [%]

0%

Theoretische Ergebnisse , wenn für Reaktionsgleichung CuO verwendet wird

Molmasse CuO [g/mol]

79,545

Mole CuO [mol]

0,043

Masse CuO [g]

2,73

Theoretische Ergebnisse , wenn für Reaktionsgleichung Cu2O verwendet wird

Molmasse Cu2O [g/mol]

143,091

Mole Cu2O [mol]

0,023

Masse Cu2O [g]

1,461

Tabelle 1: Messwerte und Ergebnisse Versuch 1

Berechnungen: Anzahl der Mole: n = m/M (Gl.1) Stöchiometrische Formel für (CuxO): x = n(Cu)/n(O) (Gl.2)

Versuch 2: Thermische Zersetzung von Kupfersulfatpentahydrat (CuSo4*5H2O) Eine bestimmte Menge an CuSo4*5H2O wird in einen zuvor ausgeglühten und abgekühlten Porzellantiegel eingewogen und im Ofen auf 180°C bzw. 400°C erhitzt.

Nach dem Abkühlen wird der Tiegel erneut gewogen und aus der Massendifferenz die Stöchiometrie der Produkte erhoben. Die Farbe des Zersetzungsprodukts wird notiert. Eine geringe Menge der Substanz wird in eine Eprouvette gefüllt, wo der Substanz tröpfchenweise Wasser beigefügt wird, und die Vorgänge beobachtet werden. CuSo4*5H2O ® CuSo4*xH2O + yH2O (RG.2)

x= n(Dm)/n(CuSo4*5H2O) (Gl.3)

 

400 °C

180°C

Einwaage CuSo4*5H2O [g]

0,429

0,482

Auswaage [g]

0,275

0,342

Massendifferenz [g]

0,154

0,138

Molmasse CuSo4*5H2O [g/mol]

249,66

Molmasse H2O [g/mol]

18,015

Mole CuSo4*5H2O [mol]

0,0017

0,0017

Mole H2O [mol]

0,0086

0,007

x in x H2O

5,06

4,12

relativer Fehler [%]

1,2

3%

Tabelle 2: Messwerte und Ergebnisse Versuch 2

Aus den ermittelten Daten ergeben sich folgende Reaktionsgleichungen: Erhitzung bei 400°C = CuSo4*5H2O ® CuSo4 + 5H2O (RG.3) Erhitzung bei 180°C = CuSo4*5H2O ® CuSo4*H2O + 4H2 (RG.4) .) Farbe des Rückstandes nach Erhitzung bei 400°C = hellblau – grau bis weißlich .) Reaktion nach tröpfchenweiser Zugabe von H2O: Substanz erhält wieder die Ursprungsfarbe (blitzblau) und Eprouvette erwärmt sich.

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Aus der Massendifferenz (die der Menge des abgespaltenen Sauerstoffes entspricht) wurde die Zusammensetzung des Kupferoxids ermittelt (Gl.1), (Gl.2). Die Berechnungen ergaben für x in CuxO einen Wert von x=1, was bedeutet, dass CuO (Kupfer(I)oxid) vorliegt. Der Wert bestätigt das Gesetz der konstanten Proportionen mit einem relativen Messfehler von 0%.

Vergleicht man jedoch die theoretisch ermittelte Menge an reduziertem Kupfer aus CuO, mit der tatsächlich erhaltenen, so zeigt sich ein Unterschied von 0,03g, was dadurch zu erklären ist, dass bei Beendigung des Versuches, ein kleiner Teil des Kupferoxids noch nicht reduziert war (durch schwarze Rückstände am rötlichen Kupfer erkennbar). Die Ergebnisse des Versuches sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Versuch 2: Auch in diesem Versuch hat die Menge nach der Reaktion abgenommen. Durch die Massendifferenz (entspricht der Menge an abgespaltenem /verdampften Wasser) konnten die Reaktionsgleichungen für die unterschiedlichen Erhitzungstemperaturen ermittelt werden.

Dies geschah durch die Berechnung der Mole (Gl.1) von CuSo4*5H2O und H2O und der anschließenden Berechnung der Formel-zusammensetzung (Glg.3). Auffallend ist, dass bei der Probe, die bei 180°C erhitz wurde, noch ein Mol H2O (Kristallwasser) am Sulfat – Ion dranhängt (RG.4).

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Der relative Fehler von 3% (bei 180°C) könnte darauf zurückzuführen sein, dass Wasser hygroskopisch ist und dadurch eine Mischung aus CuSo4*5H2O und anderen Hydraten vorgelegen haben könnte. Die Ergebnisse des Versuchs sind in Tabelle 2 Zusammengefasst.


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