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Schwefeltrioxidkristalle am Rührfisch
(Foto: Blume) |
Versuch: Oxidation von Schwefeldioxid durch Stickoxide
Demonstrationsversuch; 15 min.
Beim Experimentieren den Allgemeinen Warnhinweis unbedingt beachten.
Hinweis
Die Reaktion wird hier (anders als im technischen Bleikammerverfahren) als trockene
Gasreaktion gezeigt. Schwefeltrioxid bildet sich als fester, weißer Stoff (nadelförmige
Kristalle). Da er eine hohe Dichte hat, reichert er sich zunächst in der unteren
Hälfte des Kolbens an.
Weiter wird nicht nur gezeigt, dass Stickoxide prinzipiell Schwefeldioxid zu oxidieren
vermögen. Denn die Stickoxide werden durch Pyrolyse von Bleinitrat hergestellt. Dabei
fällt auch Sauerstoff an.
Pb(NO3)2 + Energie ———> PbO + 2 NO2 + O2
Das braune NO2 oxidiert bekanntlich SO2 und wird dabei zu farblosem NO
reduziert. Letzteres wiederum wird durch den Sauerstoff sofort zu NO2 zurück oxidiert.
Wir beobachten folglich lange Zeit keine Veränderung der Farbe des Gasgemischs. Aus diesem
Grund kann der katalytische Aspekt auch trotz fehlender kontinuierlicher Gaszufuhr deutlich
gemacht werden.
Erst wenn wir die Reaktionsmischung ein bis zwei Tage stehen lassen, wird auch der Gasraum
entfärbt. Grund ist, dass der Sauerstoff endlich aufgebraucht ist und nunmehr das braune
NO2 ohne Chance einer Neubildung quantitativ zu NO reduziert wird. Voraussetzung
hierfür ist allerdings ein Überschuss an SO2.
Geräte
Gasentwicklungsapparatur mit Tropftrichter, schwerschmelzbares Reagenzglas,
einfaches Reagenzglas, Bunsenbrenner, 2 Kolbenprober, Zweihalskolben (250 ml) mit
Quickfit oder Stopfen.
Chemikalien
Natriumbisulfit Na2S2O5 oder Natriumsulfit
(wasserfrei) (T), Schwefelsäure (konz.) (C), Blei(II)-nitrat (T), destilliertes Wasser,
Bariumchloridlösung (gesättigt) (Xi), Salzsäure (konz.) (C), Indikatorpapier.
Durchführung
1 Herstellung der Gase (Abzug!)
Schwefeldioxid (T)
Man übergießt in einer Gasentwicklungsapparatur Natriumbisulfit mit Schwefelsäure
und füllt mit dem Gas einen Kolbenprober.
Stickstoffdioxid (T)
Blei(II)-nitrat (T) wird zu einem Drittel in ein schwerschmelzbares RG gefüllt und über
der Brennerflamme erhitzt. Man füllt mit dem braunen Gas (NO2) einen Kolbenprober.
Es enthält herstellungsbedingt die gleiche Menge an Sauerstoff.
2 Oxidationsreaktion
In einen Zweihalskolben füllt man zunächst eine halbe Kolbenproberportion NO2 und
dann nach und nach zwei Kolbenproberportionen SO2 ein. Der Kolben wird verschlossen.
Es bildet sich rasch an der unteren Glaswand ein weißer Niederschlag von SO3. Man
kann die weißen Schlieren nach unten absinken sehen.
Nach kurzer Zeit hellt sich das Gas auf. Die völlige Gasentfärbung kann ca. eine
Stunde bis ein-zwei Tage dauern (siehe Hinweis oben). Aus diesem Grunde lassen wir nach der
Reaktion die Apparatur verschlossen stehen.
Wenn man das Gefäß nach der Entfärbung der Gase öffnet, färbt sich das Gas wegen der Reaktion des
farblosen Stickstoffmonooxids NO mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid NO2 wieder braun.
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Schwefeltrioxidkristalle am Rührfisch
(Foto: Blume) |
Hinweis
Wenn man vor der Reaktion Gegenstände wie Steinchen, Glasstücke oder ähnliches
in den Kolben gibt, kann man (wenn man Glück hat) die nadelförmigen Kristalle frei
wachsen sehen. Uns ist das mit einem Teflonrührfisch gelungen (-> Bild).
Nachweis des Reaktionsprodukts
Man saugt oder bläst das Auffanggefäß aus, bis es nicht mehr nach SO2 riecht.
Dann löst man den weißen Niederschlag mit möglichst wenig destilliertem Wasser auf.
Man prüft mit Indikatorpapier oder mit einem pH-Meter.
Dann gibt man etwas Salzsäure und Bariumchloridlösung zu.
Ergebnis
Die Lösung ist stark sauer. Es bildet sich ein weißer Niederschlag von Bariumsulfat.
Beim gebildeten weißen Stoff handelt es sich also um Schwefeltrioxid, das Anhydrid der
Schwefelsäure.
Das Stickoxid bleibt lange Zeit braun, da es als Katalysator nicht verbraucht wird.
Erst nach 1 bis 2 Tagen findet Entfärbung der Reaktionsmischung statt.