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Versuche

Wärmepflaster mit und ohne Katalysator

Zielsetzung  

  • Bei diesem Versuch beobachtest du zunächst die exotherme Reaktion exemplarisch.
  • Zudem kannst du den Unterschied zwischen einer katalysierten und einer nicht katalysierten Reaktion beobachten.

Hinweise zum Experiment

Damit in Chemie bzw. beim Experimentieren keine Unfälle passieren, musst du auf die Sicherheit achten. Die Sicherheit ist immer wichtig, wenn du in einem Fachraum oder Labor bist. Bitte beachte bei allen Experimenten die Hinweise zur Sicherheit im LaborDie Durchführung des Experiments erfordert eine Gefährdungsbeurteilung durch die Lehrkraft.

Material

  • 2 kleine Bechergläser
  • Thermometer

Chemikalien

  • Eisenpulver
  • Natriumchlorid
  • Wasser
  • Aktivkohle (nur bei Versuch 2 benötigt)
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Edukte

Stoffname Summenformel Gefahrenhinweise
Eisen, Pulver \(\ce {Fe} \)
GHS02 - Entzündlich
H228: Entzündbarer Feststoff. H251: Selbsterhitzungsfähig; kann in Brand geraten.
P210: Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P260: Staub nicht einatmen. P370+P378: Bei Brand: Metallbrandpulver zum Löschen verwenden.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Natriumchlorid $\ce{NaCl}$
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Wasser \(\ce {H2O} \)
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Aktivkohle \(\ce {C}\)
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Eisen, Pulver
\(\ce {Fe} \)
GHS02 - Entzündlich
H228: Entzündbarer Feststoff. H251: Selbsterhitzungsfähig; kann in Brand geraten.
P210: Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P260: Staub nicht einatmen. P370+P378: Bei Brand: Metallbrandpulver zum Löschen verwenden.
Natriumchlorid
$\ce{NaCl}$
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Wasser
\(\ce {H2O} \)
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Aktivkohle
\(\ce {C}\)
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.
Kein gefährlicher Stoff nach GHS.

Versuchsaufbau/Durchführung (Schülerversuch)

Versuch 1 (ohne Katalysator)

  1. Vermische 1,8 g Eisenpulver und 0,03 g Natriumchlorid in einem kleinen Becherglas gut.
  2. Gebe ca. 0,6 g Wasser dazu und beobachte die Temperatur auf dem Thermometer.
  3. Rühre während der Reaktion stetig um, damit ausreichend Sauerstoff zugeführt wird.  

Versuch 2 (mit Katalysator)

  1. Vermische 1,8 g Eisenpulver, 0,57g Aktivkohle und 0,03 g Natriumchlorid in einem kleinen Becherglas gut.
  2. Gebe ca. 0,6 g Wasser dazu und beobachte die Temperatur auf dem Thermometer.
  3. Rühre während der Reaktion stetig um, damit ausreichend Sauerstoff zugeführt wird.  

Tipps und Tricks

Die Schülerinnen und Schüler können vor dem Experiment nach ihrer Vermutung gefragt werden, welche Funktion die Aktivkohle hat.

Insgesamt kannst du die Mengen der Chemikalien im gleichen Verhältnis erhöhen. Wichtig ist immer, dass du nicht zu viel Wasser verwendest. Das Stoffgemisch sollte krümelig sein.

Hinweise zur Entsorgung

Wenn das Eisen abreagiert ist, kannst du das Gemisch im Haushaltsmüll entsorgen. 

Aufgabe
Aufgabe

Führe den Versuch durch. Was kannst du beobachten?

Lösung

Beobachtung

In beiden Versuchen steigt die Temperatur, in Versuch 2 allerdings deutlich stärker. Du kannst eine leichte Farbänderung (Rost) sehen, nach einiger Zeit erkennst du diese deutlicher.

Ergebnis

Eisen reagiert mit Wasser und Sauerstoff zu einem Gemisch aus verschiedenen Eisenoxiden. Dabei wird thermische Energie frei (exotherm). Die Aktivkohle wirkt bei der Reaktion als Katalysator, wodurch die Reaktion beschleunigt wird (Herabsetzung der Aktivierungsenergie).

Rosten von Eisen

Versuch 1:

Eisen und Sauerstoff reagieren zu Eisen(II)-hydroxid.

Ox.: \(\rm Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2 e^- |\cdot 2\\\)

Red.: \(\rm O_2 + 2 H_2O + 4 e^- \rightarrow 4 OH^-\\\)

Redox: \(\rm 2 Fe + O_2 + 2 H_2 O \rightarrow \underbrace{2 Fe^{2+} + 4 OH^-}_{2 Fe(OH)_2}\\\)

Versuch 2:

Eisen(II)-hydroxid und Sauerstoff reagieren zu Eisen(III)-hydroxidoxid und Wasser.

\(\rm 4 Fe(OH)_2 + O_2 \rightarrow 4 FeOOH + 2 H_2O\)