pdf-Protokoll (Scan) - ChidS
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Hinweis<br />
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 />
Chemie in der Schule: www.chids.de<br />
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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