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pdf-Protokoll (Scan) - ChidS

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Bei dieser Datei handelt es sich um ein <strong>Protokoll</strong>, das einen Vortrag im Rahmen<br />

des Chemielehramtsstudiums an der Uni Marburg referiert. Zur besseren<br />

Durchsuchbarkeit wurde zudem eine Texterkennung durchgeführt und hinter das<br />

eingescannte Bild gelegt, so dass Copy & Paste möglich ist – aber Vorsicht, die<br />

Texterkennung wurde nicht korrigiert und ist gerade bei schlecht leserlichen<br />

Dateien mit Fehlern behaftet.<br />

Alle mehr als 700 <strong>Protokoll</strong>e (Anfang 2007) können auf der Seite<br />

http://www.chids.de/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.html<br />

eingesehen und heruntergeladen werden.<br />

Zudem stehen auf der Seite www.chids.de weitere Versuche, Lernzirkel und<br />

Staatsexamensarbeiten bereit.<br />

Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007


Gehalten von:<br />

Yvonne Walter<br />

Dienbergstr.13<br />

35305 Grünberg<br />

am 10.06.1998<br />

Chemie in der Schule: www.chids.de<br />

Schriftliche Ausarbeitung<br />

des Experimentalvortrags zum Thema<br />

"Luftreinhaltung"


1.<br />

2.<br />

3.<br />

3.1<br />

3.2<br />

3.3<br />

4.<br />

Einleitung<br />

Inhaltsverzeichnis<br />

Gestzliche Bestimmungen<br />

Luftverunreinigungen im allgemeinen<br />

Zusammensetzung der Luft<br />

Luftverunreinigungen<br />

Quellen der Emissionen<br />

Luftreinhaltemaßnahmen<br />

4.1 Primärmaßnahmen 6<br />

4.1.1 Entpyritisierung der Steinkohle 6<br />

4.1.2 Wirbelschichtfeuerung 7<br />

4.1.3 Katalytische Druckentschwefelung 7<br />

4.1.4 Versuch 1: Claus-Prozeß 8<br />

4.1.4.1 Darstellung von Schwefelwasserstoff 8<br />

4.1.4.2 Darstellung von Schwefeldioxid 9<br />

4.1.4.3 Modellversuch zum Claus-Prozeß 10<br />

Chemie in der Schule: www.chids.de<br />

Seite<br />

1<br />

2<br />

3<br />

3<br />

3<br />

5<br />

6


4.2 Sekundärrnaßnahmen 12<br />

4.2.1 Entstaubung 12<br />

4.2.2 Kondensation 12<br />

4.2.3 Absorption 13<br />

4.2.4 Adsorption 13<br />

4.2.5 Nachverbrennung und katalytisch gesteuerte<br />

Abgasreinigung 13<br />

5.<br />

5.1<br />

5.1.1<br />

5.1.2<br />

5.2<br />

5.2.1<br />

5.2.2<br />

5.2.3<br />

5.2.4<br />

6.<br />

6.1<br />

Schwefeldioxid<br />

Allgemeines zur Verbindung<br />

Eigenschaften<br />

Folgen der S02-Emission<br />

Rauchgasentschwefelung<br />

Wellman-Lord-Verfahren<br />

Sprühabsorption<br />

Kalkwaschverfahren<br />

Versuch 2: Kalkwaschverfahren<br />

Stickstoffoxide<br />

Allgemeines zu den Verbindungen<br />

Chemie in der Schule: www.chids.de<br />

14<br />

14<br />

14<br />

14<br />

15<br />

16<br />

17<br />

17<br />

17<br />

22<br />

22


6.1.1<br />

6.1.1.1<br />

6.1.1.2<br />

6.1.2<br />

6.2<br />

6.2.1<br />

6.2.1.1<br />

6.2.1.2<br />

6.2.1.2.1<br />

6.2.1.2.2<br />

6.2.1.2.3<br />

6.2.1.3<br />

6.2.2<br />

6.2.2.1<br />

6.2.2.2<br />

6.2.2.3<br />

6.2.2.3.1<br />

6.2.2.3.2<br />

7. Schlußwort<br />

Eigenschaften<br />

Stickstoffmonoxid<br />

Stickstoffdioxid<br />

Folgen der NOx-Emission<br />

Rauchgasentstickung<br />

Heizkraftwerksabgase<br />

Theoretische Betrachtungen<br />

Versuch 3: Entstickung mit Ammoniak<br />

Darstellung von Ammoniak<br />

Darstellung von Stickoxiden<br />

Entstickung mit Ammoniak<br />

Übersicht zur Rauchgasreinigung in der Industrie<br />

Kraftfah rzeugsabgase<br />

Der Abgaskatalysator<br />

Versuch 4: Adsorption an keramischem Material<br />

Versuch 5: Katalytische Nachverbrennung<br />

Darstellung der benötigten Gase<br />

Modellversuch zur katalytischen Nachverbrennung<br />

8. Literaturverzeichnis<br />

Chemie in der Schule: www.chids.de<br />

22<br />

22<br />

23<br />

24<br />

25<br />

25<br />

25<br />

26<br />

26<br />

27<br />

29<br />

31<br />

32<br />

32<br />

34<br />

37<br />

37<br />

39<br />

41<br />

42


1. Einleitung<br />

Anthropogene Luftverunreinigungen gibt es letztlich von der Zeit an, als<br />

der Mensch begann mit dem Feuer umzugehen. Schon die Römer<br />

beklagten die Unsauberkeit ihrer Stadtluft, damals beschrieb man v.a.<br />

Rauchprobleme zusammenhängend mit Schwefeldioxid und Staub. Mit<br />

Beginn des Kohleabbaus im 13.Jahrhundert wurden die Probleme<br />

gewichtiger, da gleichzeitig die Errichtung von Gewerbebetrieben<br />

verstärkt wurde. Dies war der Anlaß für das Erscheinen eines Edikts im<br />

Jahr 1240 von Kaiser Friedrich 11. über die Reinhaltung der Luft, der<br />

Gewässer und des Bodens. 1273 wurde in London gar das Verbrennen<br />

von Kohle für den Zeitraum von Parlamentssitzungen verboten.<br />

Mitte des letzten Jahrhunderts begann man mit der Erforschung der<br />

schädlichen Wirkungen von luftverunreinigenden Stoffen, zu nennen ist<br />

hier eine der ersten Veröffentlichungen "Über die Einwirkung des<br />

Rauches von Silberhütten auf die benachbarte Vegetation" in Sachsen.<br />

Größere Dimensionen nahm die Luftverschmutzung durch die<br />

Industrialisierung und den Kraftverkehr an. 1930 kam es beispielsweise<br />

in Maastal bei Lüttich nach einer Inversionswetterlage zu 60 Todesfällen.<br />

Durch die Überschichtung von Kaltluftseen durch leichtere Warmluft<br />

konnten die Fabrikabgase nicht abziehen. Schäden an Lungen­<br />

parenchym mit Kreislaufversagen führten zum Tod. Im Dezember 1952<br />

gab es 4000 Tote bei einem Smog in London, schädigend wirkten<br />

Schwefeldioxid und mit Schwefelsäure beladene lungengängige<br />

Aerosole von Ruß und Teer.<br />

Es steht fest, daß die Qualität der Luft heutzutage auch politisch einen<br />

hohen Stellenwert einnimmt. Verunreinigungen im Freien und in<br />

Innenräumen werden nicht nur als Belästigung, sondern gar als<br />

Chemie in der Schule: www.chids.de<br />

1


3. Luftverunreinigyngen im allgemeinen<br />

3.1 Zusammensetzung der Luft<br />

In der folgenden Tabelle ist kurz die Zusammensetzung der Luft<br />

autqetünrt<br />

N2<br />

O2<br />

Volumenanteile<br />

in 0/0<br />

78,09<br />

20,95<br />

Ar 0,93<br />

CO2<br />

0,03<br />

Ne 1 6 -10- 3<br />

,<br />

He 5 0 -10- 4<br />

,<br />

Kr 1 0 -10-4 ,<br />

Xe 9 0 -10- 6<br />

,<br />

3.2 Luftverunreinigungen<br />

Definition: Luftverunreinigungen sind Veränderungen der natürlichen<br />

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Luftzusammensetzung insbesondere durch Rauch, Staub,<br />

Gas, Aerosole, Dämpfe oder Geruchsstotte.<br />

3


In der folgenden Auflistung sind die Schadstoffe S02 und NOx farblich<br />

unterlegt, da diesen im Vortrag besondere Aufmerksamkeit geschenkt<br />

wurde.<br />

Gasförmige anorganische Stoffe:<br />

• Stickstoffoxide<br />

• Schwefeldioxid<br />

• Schwefelwasserstoff<br />

• Kohlenmonoxid<br />

• Ammoniak<br />

• Chlor<br />

• Ozon<br />

Folgende partikelförmige Stoffe und Stoffgemische verunreinigen<br />

ebenfalls die Luft:<br />

• Ruß<br />

• Flugasche<br />

• Stäube mit angereicherten Komponenten (Pb, As, Cd, Cr, Mn,<br />

adsorbierte Säuren)<br />

• Faserförmige Stäube<br />

Nicht unterschlagen werden dürfen:<br />

Verschiedene Mineralsäuren:<br />

• Salpetersäure<br />

• Fluorwasserstoff<br />

• Salzsäure<br />

• Schwefelsäure<br />

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und Organische Verbindungen:<br />

• Kohlenwasserstoffe<br />

• aromatische Verbindungen<br />

• Aldehyde<br />

• Ketone<br />

4


3.3 Quellen der Emissionen<br />

50 2 : entsteht v.a. durch die Verbrennung schwefelhaltiger Brennstoffe<br />

(z.B. FeS2 in Steinkohle) in Kraftwerken. In der Natur wird es bei<br />

Vulkanausbrüchen. in Sümpfen und in den Weltmeeren freigesetzt.<br />

NOx: bilden sich auf natürlichem Wege bei bakteriellen Bodenprozessen,<br />

durch Blitze und bei der Oxidation von Ammoniak.<br />

Über 900/0 der anthropogenen Emissionen stammen aus<br />

Verbrennungsvorgängen, bei denen Luft-Stickstoff und Luft­<br />

Sauerstoff bei hohen Temperaturen umgesetzt werden zu NO, das<br />

in der Atmosphäre durch Oxidation zu N02 reagiert.<br />

Weniger wichtig ist die Bildung von Stickstoffoxiden aus der<br />

Verbrennung von stickstoffhaitigen Brennstoffen.<br />

CO: Bei Verbrennungsvorgängen unter Sauerstoffmangel entsteht<br />

Kohlenstoffmonoxid, so z.B. in der Natur bei der Oxidation von CH4<br />

und auch bei Waldbränden.<br />

Durch den Menschen werden CO-Emissionen während der<br />

Warmlaufphase von Verbrennungsmotoren verursacht.<br />

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5


4. Luftreinhaltemaßnahmen<br />

Wird von Luftreinhaltemaßnahmen gesprochen, so unterscheidet man<br />

zwischen Primär- und Sekundärmaßnahmen.<br />

Die Primärmaßnahmen haben zum Ziel, Schadstoffemissionen zu<br />

verhindern bzw. diese von vornherein auf eine Minimum zu reduzieren;<br />

durch den Einsatz schadstoffarmer Roh- und Brennstoffe oder durch die<br />

Anwendung emissionsvermindernder Verfahrenstechniken kann man<br />

dies erreichen.<br />

Die Sekundärrnaßnahmen dienen dem Zweck, die Schadstoffe aus der<br />

Abluft zu reduzieren, indem diese durch verschiedene Verfahren aus den<br />

Rauchgasen entfernt werden. Als Rauchgase werden Abgase<br />

unmittelbar nach dem Verbrennungsvorgang im erhitzten Zustand<br />

bezeichnet.<br />

4.1 Primärmaßnahmen<br />

Im folgenden werden die wichtigsten Primärmaßnahmen vorgestellt.<br />

4.1.1 Entpyritisierung der Steinkohle<br />

Um die Emission von Schwefeldioxid zu vermeiden, wird das in der<br />

Steinkohle befindliche Pyrit entfernt. Dies geschieht durch Flotation, bei<br />

der die unterschiedliche Benetzbarkeit und die Dichte der Komponenten<br />

ausgen utzt werden.<br />

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6


4.1.4 \Versuch 1:1 Claus-Prozeß<br />

4.1.4.1 Darstellung von Schwefelwasserstoff<br />

Geräte:<br />

• Wasserbad<br />

• Porzellanschale<br />

• Schwerschmelzbares Reagenzglas mit durchbohrtem Stopfen<br />

• Bunsenbrenner<br />

• Überleitungsrohr mit kleinem Schlauchstück als Verbindung zum<br />

• Kolbenprober mit Hahn<br />

• Schlauchverbindungen<br />

Chemikalien:<br />

• 25 Gewichtsanteile Paraffin<br />

• 15 Teile Schwefel<br />

• 7 Teile Kieselgur<br />

• Glaswolle<br />

Durchführung:<br />

Das Paraffin wird in einer Porzellanschale auf einem Wasserbad<br />

geschmolzen und mit dem Schwefel versetzt. Nachdem durch<br />

Rühren die Masse homogen geworden ist, wird das Kieselgur<br />

hinzugegeben. Bei 30 - 40°C ist die Masse plastisch und knetbar<br />

und wird in Kügelchen mit einem Durchmesser von einem knappen<br />

Zentimeter geformt, die als H2S-Entwickler verwendet werden.<br />

Ein Kügelchen wird in einem Reagenzglas, das verschlossen ist<br />

mit etwas Glaswolle und einem durchbohrten Stopfen, per<br />

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8


Bunsenbrenner erhitzt, das über ein Überleitungsrohr mit dem<br />

Kolbenprober verbunden ist. So wird der entstandene<br />

Schwefelwasserstoff aufgefangen und kann im eigentlichen<br />

Versuch eingesetzt werden.<br />

Reaktionsgleichung:<br />

4.1.4.2 Darstellung von Schwefeldioxid<br />

Geräte:<br />

• Magnetrührer mit Rührfisch<br />

• 100ml Erlenmeyerkolben mit doppelt durchbohrtem<br />

Gummistopfen<br />

• 100ml Tropftrichter<br />

• Überleitungsrohr mit kleinem Schlauchstück als Verbindung zum<br />

• Kolbenprober mit Hahn<br />

Chemikalien:<br />

• 5g Natriumdisulfit<br />

• 30%ige Schwefelsäure<br />

Durchführung:<br />

Unter Rühren wird auf das Natriumdisulfit in der Waschflasche<br />

Schwefelsäure aus dem Tropftrichter gegeben. Das entstehende<br />

Gas kann durch den Seitenausgang der Waschflasche entweichen<br />

und wird im Kolbenprober eingeschlossen.<br />

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9


Den Primärmaßnahmen ist auf jeden Fall der Vorzug zu geben.<br />

Allerdings sind Sekundärmaßnahmen unabdingbar, da selbst beim<br />

optimalen Einsatz von Primärmaßnahmen die Entstehung von<br />

Schadstoffen nicht verhindert werden kann.<br />

4.2 Sekundärmaßnahmen<br />

Im folgenden werden kurz 5 Verfahren vorgestellt, die zu den möglichen<br />

Sekundärmaßnahmen zu zählen sind.<br />

4.2. 1 Entstaubung<br />

Im Rauchgas enthaltene Staubteilchen werden je nach Teilchengröße<br />

durch verschiedene Filtersysteme entfernt. Zu nennen sind hier<br />

beispielsweise filternde Abscheider, Naßabscheider,<br />

Massenkraftabscheider und elektrische Abscheider.<br />

4.2.2 Kondensation<br />

Die Kondensation stellt eine Maßnahme dar, die nur bei speziellen<br />

Verfahren möglich ist und eine geringere Bedeutung besitzt. Gasförmige<br />

Stoffe werden durch Abkühlung und/oder Druckerhöhung in flüssiger<br />

Form abgeschieden.<br />

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12


4.2.3 Absorption<br />

Wesentlich wichtiger und häufiger angewendet werden<br />

Absorptionsverfahren, bei denen die Schadstoffe in einem<br />

Waschmedium gelöst werden. Unterschieden wird hierbei zwischen<br />

physikalischer und chemischer Absorption, je nach dem ob eine<br />

chemische Veränderung eintritt oder nicht.<br />

4.2.4 Adsorption<br />

Sehr selektiv können gasförmige oder auch dampfförmige Stoffe durch<br />

Adsorption an Oberflächen von Festkörpern getrennt werden.<br />

4.2.5 Nachverbrennung und katalytisch gesteuerte Abgasreinigung<br />

Die Nachverbrennung ist eine thermische Art der Abgasreinigung, bei<br />

der anorganische und organische Stoffe aufoxidiert werden. Dies findet<br />

bei hohen Temperaturen in speziellen Brennkammern statt.<br />

Eine katalytische Abgasreinigung bietet die Möglichkeit mittels eines<br />

Katalysators gasförmige Verunreinigungen zu oxidieren oder zu<br />

reduzieren.<br />

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13


5. Schwefeldioxid<br />

5.1 Allgemeines zur Verbindung<br />

5.1.1 Eigenschaften<br />

Das S02-Molekül ist gewinkelt gebaut:<br />

S· [JE [ICillJ [TI BO: 2<br />

3s 3p 3d<br />

sp2-Hybrid n-Bindung<br />

Schwefeldioxid ist ein farbloses, erstickend riechendes Gas mit einem<br />

Schmelzpunkt bei -72,5°C und einem Siedepunkt bei -1 QOC. Es ist gut<br />

in Wasser löslich und besitzt sowohl eine keimtötende wie auch eine<br />

korrodierende Wirkung.<br />

Auf Menschen, Tiere und Pflanzen wirkt Schwefeldioxid schädigend.<br />

Beim Menschen sind erste Vergiftungserscheinungen ab 1mg/m 3 zu<br />

bemerken. Die Schleimhäute werden gereizt und Bronchialkrämpfe<br />

können die folge sein. Auch Pflanzen reagieren auf erhöhte S02­<br />

Emission sehr empfindlich: die Photosynthese wird gestört und die<br />

Blätter werden geschädigt.<br />

5.1.2 Folgen der S02-Emission<br />

Durch die gute Wasserlöslichkeit dieses Gases kommt zum "sauren<br />

Regen" und dadurch zu einer pH-Wertsenkung der Gewässer. Aus dem<br />

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14


Versuchsaufbau:<br />

Durchführung:<br />

Rührmagnet<br />

.r;;;;;;;;;.===::!--- Pumpe<br />

Glaselektrode<br />

Kalkaufschlämmung<br />

Rührmotor<br />

pH-Meter<br />

Das CaC03-Pulver wird mit Wasser unter Rühren aufgeschlämmt<br />

(das Rühren ist für die Reaktionsfähigkeit sehr wichtig). Das<br />

Schwefelpulver in der Porzellanschale wird durch den<br />

Bunsenbrenner entzündet, die Schale mit einem<br />

verkehrtherumangebrachten Glastrichter, der über einen Schlauch<br />

und Glasstück mit dem Kolben verbunden ist, verschlossen.<br />

Gleichzeitig wird mittels einer Pumpe Luft durch den Kolben<br />

gezogen. Das Ende der Reaktion ist erreicht, wenn die Lösung klar<br />

wird.<br />

Danach kann nochmals 15 Minuten Luft hindurchgezogen werden<br />

und an der Luft stehengelassen werden.<br />

Beobachtung:<br />

Führt man das Experiment lange genug durch, was im Rahmen<br />

des Vortrags nicht möglich war, so wird die Trübung der<br />

Suspension verschwinden und nach Durchzug von Luft wieder<br />

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18


6.2.1.2 !Versuch 3:1 Entstickung mit Ammoniak<br />

6.2.1.2.1 Darstellung von Ammoniak<br />

Geräte:<br />

• 250ml Saugflasche mit durchbohrtem Gummistopfen<br />

• Tropftrichter<br />

• gewinkeltes Überleitungsrohr mit ausgezogener Spitze<br />

• 500ml Rundkolben<br />

• Schlauchstücke als Verbindungen<br />

• Stativmaterial<br />

Chemikalien:<br />

• gepulvertes Ammoniumchlorid<br />

• Natriumhydroxidplättchen<br />

• entsalztes Wasser<br />

Durchführung:<br />

In die Saugflasche wird eine Mischung aus Ammoniumchlorid und<br />

Natriumhydroxid gegeben. Dieselbe wird mit einem doppelt<br />

durchbohrten Gummistopfen verschlossen, durch die eine Öffnung<br />

wird der Tropftrichter gesteckt, der dann mit Wasser befüllt wird,<br />

die andere Öffnung ist für das Überleitungsrohr vorgesehen, das zu<br />

dem Kolben führt. Nun wird das Wasser in kleinen Portionen<br />

hinzugegeben. Nachdem genug Gas in den Kolben geströmt ist,<br />

wird dieser mit einem weiteren Stopfen verschlossen, um später<br />

eingesetzt zu werden.<br />

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26


Durchführung:<br />

Die Kupferspäne befindet sich im Dreihalskolben, über den<br />

Tropftrichter kann langsam halbkonzentrierte Salpetersäure<br />

hinzugegeben werden. Das Überleitungsrohr sitzt in der anderen<br />

Öffnung des Gummistopfens und führt zum Kolbenprober, in dem<br />

maximal 100ml des entstehenden Gases aufgefangen werden<br />

können und per Hahn eingeschlossen werden.<br />

Beobachtung:<br />

Ergebnis:<br />

In der Gasphase des Reaktionskolbens sind braune Dämpfe zu<br />

sehen. In der flüssigen Phase ist eine blaugrüne Färbung zu<br />

erkennen.<br />

Bei der Einwirkung von halbkonzentrierter Salpetersäure auf die<br />

Kupferspäne entstehen zum einen der Hexaquakupfer-II-Komplex<br />

und zum anderen Stickstoffmonoxid. Dieses reagiert mit Nitrat­<br />

Ionen der Salpetersäure zu dem braunen Stickstoffdioxid.<br />

Reaktionsgleichungen:<br />

+5 +2<br />

2 H30+(aq) + 2 N03-(aq) + NO(g) ---<br />

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+2 +2 +5<br />

2+ -<br />

3 Cu (aq) + 2 NO(g) + 6 N03 (aq) + 12 H20<br />

(blau) (farblos)<br />

+4<br />

3 N02(g) + 3 H20<br />

(braun)<br />

28


Durchführung:<br />

Der Inhalt des Kolbenprobers wird langsam in den Kolben<br />

gedrückt.<br />

Beobachtung:<br />

Ergebnis:<br />

Die charakteristische Farbe des Stickstoffdioxids verschwindet<br />

beim Zusammentreffen der beiden Gase und es bilden sich weiße<br />

Nebel, des weiteren beschlägt der Kolben von innen.<br />

Durch die Reaktion von Ammoniak mit dem Stickoxid entsteht<br />

Kondenswasser, das an der Bildung von Ammoniumverbindugen<br />

beteiligt ist, die als weiße Nebel zu erkennen sind.<br />

Reaktionsgleichungen:<br />

,,3 +4 ."' 0<br />

8 NH3(g) + 6 N02(g) • 7 N2(g) + 12 H20<br />

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(Komproportionierungsreaktion)<br />

30


6.2.2 Kraftfahrzeugabgase<br />

6.2.2.1 Der Abgaskatalysator<br />

Bei den Verbrennungsreaktionen im Otto-Motor entstehen zu 99% CO2,<br />

H20, N2 und O2, die Hauptschadstoffe CO, NOx und unverbrannte<br />

Kohlenwasserstoffe machen noch ein knappes Prozent aus, diese<br />

müssen jedoch soweit wie möglich aus den Abgasen entfernt werden.<br />

Deshalb befindet sich nun nahezu in jedem Auto ein Katalysator­<br />

speziell ein Einbett-Dreiwege-Katalysator:<br />

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32


Die A-Sonde kontrolliert die Luftzufuhr, indem der Restsauerstoffgehalt<br />

der Abgase gemessen wird, welcher abhängig ist von der<br />

Zusammensetzung des Kraftstoff-Luftgemischs, das dem Motor zur<br />

Verbrennung zugeführt wird. Diese Abhängigkeit ermöglicht es also, den<br />

Sauerstoffgehalt im Abgas als Maß für das Kraftstoff-Luftverhältnis und<br />

dessen Steuerung heranzuziehen. Abweichungen vom Luftverhältnis<br />

A =1 führen zu einer spontanen Änderung des Sondenausgangssignals.<br />

Das A-Fenster ist der Bereich, in dem für alle 3 Abgaskomponenten hohe<br />

Umsetzungen erreicht werden. Ein fettes Gemisch (A < 0.99) hat einen<br />

Anstieg der CO- und CH-Anteile im Abgas zur Folge. Ein mageres<br />

Gemisch (A > 1,0) führt zu einem Anstieg der Menge der ausgestoßenen<br />

Stickoxide.<br />

Die Adsorptionsreaktion der Stickoxide an keramischem Material soll in<br />

!Versuch 4j modellhaft wiedergegeben werden.<br />

6.2.2.2 [Versuch 4:1 Adsorption an keramischem Material<br />

Geräte:<br />

• 500ml Weithals-Erlenmeyerkolben<br />

• passender Gummistopfen<br />

• Dreifuß mit Keramikdrahtnetz<br />

• Bunsenbrenner<br />

Chemikalien:<br />

• Stickstoffoxid aus Versuch 3 (eingeschlossen im Kolbenprober)<br />

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34


• in kleine Stücke zerstoßener Keramikblumentopf (nicht<br />

Durchführung:<br />

hochgebrannt und nicht glasiert)<br />

In den Erlenmeyerkolben, dessen Boden mit einem Teil eines<br />

zerkleinerten Tontopfes bedeckt ist, werden 20ml NOx gefüllt,<br />

derselbe wird mit einem Gummistopfen verschlossen. Der<br />

Erlenmeyerkolben wird vorsichtig einige Minuten geschüttelt. Im<br />

zweiten Versuchsteil wird der Gummistopfen durch einen<br />

Wattebausch ersetzt und der Kolben auf einem Drahtnetz über<br />

einem Brenner erwärmt.<br />

Beobachtung:<br />

Ergebnis:<br />

Die braune Farbe des NOx verschwindet während des<br />

Schüttelvorgangs. Beim Erhitzen ist erneut die braune Farbe des<br />

NOx über dem keramischen Material zu sehen.<br />

Es handelt sich hier um eine reversible Gleichgewichtsreaktion, in<br />

der NOx zunächst adsorbiert wird und durch Erwärmen wieder<br />

freigesetzt werden kann (=> exotherme Adsorptionsreaktion)<br />

Reaktionsgleichung:<br />

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N02(Q) :::;"'===: .... N02(ad) ;<br />

35


Chemikalien:<br />

• Konzentrierte Ameisensäure<br />

• Konzentrierte Schwefelsäure<br />

Durchführung:<br />

Die Schwefelsäure wird in der Saugflasche im Wasserbad auf ca.<br />

70°C erwärmt, jetzt kann die Ameisensäure zugetropft werden.<br />

Entstehendes Gas wird im angeschlossenen Kolbenprober<br />

aufgefangen.<br />

Erläuterung<br />

Die H30+-Ionen der Schwefelsäure katalysieren die Reaktion und<br />

die Schwefelsäure wirkt gleichzeitig wasserziehend.<br />

Reaktionsgleichung:<br />

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HCOOH(I) .. CO(g)t + H20 (I)<br />

Katalyse<br />

durch H 3 0 +<br />

38


6.2.2.3.2 Modellversuch zur katalytischen Nachverbrennung<br />

Geräte:<br />

• 2 Kolbenprober<br />

• Verbrennungsrohr aus Quarz<br />

• 2 durchbohrte Stopfen mit Glasrohren<br />

• mit Palladium überzogenes Nickelnetz (zusammengerollt)<br />

• Bunsenbrenner mit Breitbrenneraufsatz<br />

• Schlauchverbindungen<br />

• Pipette<br />

Chemikalien:<br />

• 1Dml Stickstoffoxid (eingeschlossen im Kolbenprober)<br />

• gDml Kohlenstoffmonoxid (eingeschlossen im Kolbenprober)<br />

• Gesättigte Bariumhydroxid-Lösung<br />

Versuchsaufbau:<br />

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Nickelnetz<br />

Gasmischung<br />

39


Durchführung:<br />

Zusätzlich wird am Kolbenprober, der das Kohlenmonoxid enthält,<br />

über ein Schlauchverbindung eine Pipette angebracht. Bevor die<br />

eigentliche Reaktion in Gang gesetzt wird, wird überprüft, ob das<br />

Kohlenmonoxid kein Kohlendioxid enthält, indem etwas Gas in ein<br />

mit Bariumhydroxid-Lösung befülltes Reagenzglas eingeleitet wird.<br />

Die Gase werden gemischt, und das vorher schon ausgeglühte<br />

Netz im Quarzrohr zum Glühen erhitzt. Wenn das Netz glüht, wird<br />

der Bunsenbrenner ausgeschaltet und die Gasmischung über das<br />

Netz hin und her geschoben.<br />

Anschließend wird erneut auf Kohlendioxid überprüft (s.o.)<br />

Beobachtung:<br />

Ergebnis:<br />

Beim ersten Einleiten der Gasmischung in die Lösung ist nichts zu<br />

beobachten.<br />

Wird die Gasmischung über das Netz geleitet, ist manchmal im<br />

Dunkeln eine wandernde Flammenfront zu erkennen. Des<br />

weiteren ist festzuhalten, daß die braune Farbe der Stickoxide<br />

verschwindet.<br />

Beim erneuten Einleiten des Gasgemisches in die Bariumhydroxid­<br />

Lösung ist eine deutliche weiße Trübung zu sehen.<br />

Kohlenmonoxid wurde zu Kohlendioxid oxidiert und Stickstoffdioxid<br />

zu Stickstoff reduziert. Das Nickelnetz dient als Katalysator.<br />

Kohlendioxid konnte nachgewiesen werden durch das Einleiten in<br />

eine Bariumhydroxid-Lösung, indem dort Bariumcarbonat als<br />

weißer Niederschlag entstand.<br />

Chemie in der Schule: www.chids.de<br />

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8. Literaturverzeichnis<br />

Baum, Fritz: Praxis des Umweltschutzes, R. Oldenbourg Verlag<br />

München-Wien, 1979.<br />

Bliefert, Claus: Umweltchemie, 2., erweiterte Auflage, Wiley-VCH<br />

Weinheim, 1997.<br />

Blume, Rüdiger; Bader,Hans Joachim: Umweltchemie im Experiment;<br />

1. Aufl., Scripotor Verlag GmbH & Co, 1989.<br />

Büchner u.a.: Industrielle anorganische Chemie, 2., durchgesehene<br />

Aufl., VCH Verlagsgesellschaft mbH Weinheim, 1986.<br />

Heintz, Andreas; Reinhardt, Guido A.: Chemie und Umwelt, 3.,<br />

neubearbeitete Aufl., Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH,<br />

BraunschweiglWiesbaden, 1993.<br />

Lahmann, Erdwin: Luftverunreinigung-Luftreinhaltung,Verlag Paul Parey,<br />

Berlin und Hamburg, 1990.<br />

Chemie in der Schule: www.chids.de<br />

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