Experimente:
Versuch: Kupfersulfid-Synthese
Versuch: Kupferbrief
Versuch: Rösten von Pyrit

Obwohl die CuS-Synthese immer wieder in Lehrbüchern als das Beispiel für quantitative Experimente dient, ist es wirklich schwierig, unter Schullabor-Bedingungen für exakt stöchiometrische Verhältnisse zu sorgen.

Kupfersulfid-Synthese (Foto: Daggi)

Der neue Stoff Kupfersulfid ist glänzend-schwarz; er ist im Gegensatz zum biegsamen Kupfer spröde.

Die ideale Reaktionsgleichung ist

Cu + S ———> CuS + Energie

Hier werden schon die ersten Grenzen des Versuchs deutlich: Es bildet sich genau genommen kein CuS, sondern die schwefelreichere Verbindung CuS_x; x > 1.

Dennoch verwenden viele Chemie-Lehrer diesen Versuch, da er sich angeblich wunderbar quantitativ durchführen lässt. Hier ist eine solche Vorschrift:

Ein ausgewogener Tiegel wird mit einigen Spateln Schwefel gefüllt und erwärmt, so dass der Schwefel schmilzt. Dann wird ein auf Rotglut erhitztes und vorher ausgewogenes Kupferblech (ca. 0,2-0,3 g) hineingeworfen. Nach vollständigem Verbrennen des Schwefels im Abzug bleibt im Tiegel Cu2S zurück, das genau stöchiometrisch dem zugegebenen Kupfer entspricht.

In dieser Vorschrift sind einige wirklich grobe Schnitzer enthalten. So wird das zuvor abgewogene Kupferblech vor der Reaktion mit Schwefel auf Rotglut erhitzt. Das kennen wir doch vom Kupferbrief: Dabei wird es zum größten Teil in CuO überführt.

In unserem Cu-S-Versuch wird das kalte Kupferblech in kochenden Schwefel geworfen - das genügt zum Reaktionsstart. Außerdem hat der Schwefeldampf den Sauerstoff ausgetrieben.

Zurück zur zitierten Versuchsvorschrift: Falls dann neben dem CuO noch etwas Cu-Sulfid entstanden sein sollte, wird beim Abbrennen des Rest-Schwefels auch dieses noch zu CuO oxidiert. Was der Lehrer nach der Sulfidbildungsreaktion gemacht hat, läuft in der Chemietechnik unter "Rösten eines sulfidischen Erzes". Das zeigen wir am Rösten des Pyrits.

Es entsteht aber bei diesem Versuch keineswegs Kupfer(I)-sulfid, sondern wegen des deutlichen Schwefelüberschusses Kupfer(II)-sulfid. Und der Lehrer hat entsprechend seiner Versuchsbeschreibung nicht Cu₂S hergestellt, sondern CuO.

Warum Lehrer meinen, dass dieser Versuch quantitativ abläuft
Nun sagt der Lehrer, dass die zurückbleibende Masse genau der stöchiometrischen Menge an Cu entspricht.

Rechnen Sie mal nach: In beiden Verbindungen Cu₂S und CuO ist das Massen-Verhältnis von Kupfer zum Nichtmetall-Element zufällig identisch, nämlich 127:32. (Das berechnen wir aus den Molmassen.) Beim CuO können Sie natürlich auch 63,5:16 schreiben.

Kein Wunder, dass im Unterricht immer der richtige Wert herauskommt!

Hinweis
Zur Reaktion von Metallen mit Schwefel haben wir den Tipp des Monats Nr. 67.

Weitere Texte zum Thema „Schwefel“