Ziel des Versuchs: Darstellung von Chlorgas, Wasserstoff und Natronlauge.
| Thema: Elektrolytische Großverfahren und Galvanisierung | Tags: Elektrolyse, Chlor | Klassenstufen: 11-12 | Versuchsart: LV |
Materialien
Stromquelle, Kabel, Graphitelektrode mit Gummistopfen, Eisenelektrode mit Gummistopfen, U-Rohr, Glaswolle, Filterpapier, Reagenzglas, Pinzette
Chemikalien
Natriumchlorid-Lösung (w = 10%), Kaliumiodid-Lösung (w = 10%)
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS |
|---|---|---|---|
| Natriumchlorid | -- | -- | |
| Kaliumiodid | H302-H315-H319 | P305+P351+P338 |  |
| Chlor | H270-H331-H319-H335-H315-H400 | -- |     |
| Wasserstoff | H220 | -- |  |
Durchführung
Zunächst wird eine Natriumchlorid-Lösung hergestellt und in das U-Rohr, welches durch einen Glaswollepfropfen in der unteren Biegung in zwei Teile geteilt ist, gegeben. Die Schenkel des U-Rohrs werden durch die Gummistopfen mit den Elektroden verschlossen (siehe Abbildung 1). Die Eisenelektrode wird mit dem Minuspol verbunden, die Kohleelektrode mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle. Es wird bei 5-8 Volt elektrolysiert. An der Eisenelektrode wird mit einem Reagenzglas das entstehende Gas aufgefangen. An dem seitlichen Ansatz des U-Rohrs auf der Seite der Kohleelektrode wird das entstehende Gas mithilfe eines in Kaliumiodid getränkten Filterpapierstreifens überprüft. Abbildung 2 zeigt schematisch die industrielle Darstellung der Chloralkalielektrolyse (Asbest dürfte in der Schule nicht verwendet werden).
Beobachtung
An beiden Elektroden tritt Gasentwicklung ein. Das Filterpapier verfärbt sich gelb-braun. Bei der Knallgasprobe an der Eisenelektrode ertönt ein lautes Ploppen.
Deutung
An der Eisenelektrode entsteht Wasserstoff, welches mit der Knallgasprobe nachgewiesen wird. An der Kohleelektrode entsteht Chlorgas, welches durch Reduktion der Iodidionen aus der Kaliumiodidlösung zu elementarem Iod nachgewiesen werden kann (braun-gelbe Färbung des Filterpapiers).
Kathode: 2H2O(l) + 2e- + 2Na+(aq) → H2(g) + 2OH-(aq) + 2Na+(aq)
Anode: 2Cl-(aq) → Cl2 + 2e-
Nachweis von Chlor: Cl2(g) + 2I-(aq) → I2(s) + 2Cl-(aq)
Entsorgung
Die Lösung kann in den Säure-Base-Behälter gegeben werden. Das Chlorgas wird in Natriumthiosulfat-Lösung eingeleitet. Die Lösung wir mit Natriumhydrogencarbonat neutralisiert und kann in den Ausguss gegeben werden.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Das Prinzip der Elektrolyse sollte bereits vor diesem Versuch eingeführt worden sein (beispielsweise anhand der Kupferraffination). Entgegen herkömmlicher Elektrolyseverfahren, bei denen das gewünschte Produkt meist durch Reduktion von Metallionen an der Kathode erhalten wird, entsteht bei diesem Versuch Chlorgas durch Oxidation an der Anode. Auf diese Weise werden den SuS die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Elektrolyse aufgezeigt.
Literatur
Glöckner W. et al. (1994): Handbuch der experimentellen Chemie. Aulis Verlag Deubner & Co KG: Köln: 332.
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