Schülerversuch: Reaktion von Kupfer und Schwefel quantitativ

Dies ist ein sehr bekannter Versuch zum Nachweis vom Gesetz der konstanten Proportionen. Dazu lässt man ein Kupferblech mit bekannter Masse mit Schwefel reagieren und wiegt das Produkt erneut. Dabei ist das Massenverhältnis von Kupfer und Schwefel im Idealfall konstant, da folgende Reaktion abläuft:

2Cu + S → Cu2S

Es reagieren also 32u Schwefel  mit ca. 2×63,5u Kupfer (127u) (alle Werte gerundet), sodass man auf ein Massenverhältnis von ziemlich genau 4:1 ( m(Cu):m(S) ) kommt.

Dazu spannt man ein Reagenzglas mit wenig Schwefelpulver leicht schräg in ein Stativ ein. Jede Versuchsgruppe (je mehr Gruppen, desto besser), erhölt ein unterschiedlich großes Kupferblech. Dieses wird gewogen und so in das Reagenzglas eingeführt, dass es etwa 4-5cm über dem Schwefel zu liegen kommt. Dann werden sowohl der Schwefel als auch das Reagenzglas erhitzt. Man sollte den Ablauf dieses Experimentierteils einmal vorher mit den SuS üben (Vorstunde).

Durch eine vorbereitete Schülerhand kann der spannende Teil des Versuches so ablaufen:

Die Schwierigkeit besteht darin, dass man mit dem Gasbrenner an zwei Orten erhitzen muss: Einmal den Schwefel unten im Reagenzglas und gleichzeitig das Kupferblech (Aktivierungsenergie). Es darf dabei kein Schwefel auf das Blech kommen, da ansonsten die Werte verfälscht sind. Das sieht dann z.B. so aus:

Mit Schwefel verunreinigt

Daher reicht wenig Schwefel aus. Anhaftender Schwefel kann aber noch im Reagenzglas durch Erhitzen vertrieben werden. Ein hübsches Beispiel für einen gelungenen Versuch kann so aussehen:

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Ein derartiges Ergebnis erreicht man nur, wenn man den grundsätzlichen Ablauf des Versuches in der vorangehenden Stunde einmal mit den SuS übt. Der Dikupfersulfidstreifen muss ja schließlich noch in Gänze auf die Waage verbracht werden, um die Massenzunahme zu dokumentieren.

Es wird bei diesem Versuch oft empfohlen, das Reagenzglas oben durch einen Luftballon zu verschließen, um zu vermeiden, dass sich der austretende Schwefel an der Gasbrennerflamme entzündet. Ich weiß da immer nicht, was besser ist – ein wenig Schwefelkdioxid oder verbrennendes Gummi und dann  mit Pech auch noch zusätzlich Schwefeldioxid. Olifaktorisch ziehe ich die erste Variante und einen gut belüfteten Raum vor.

Bei elf Versuchsgruppen (hier ist Klassengröße einmal ein Vorteil) könnte das Ergebnis so aussehen:

Ergebnis

Wie man sieht, ergeben sich eine Fülle von Interpretationsmöglichkeiten, aber auch zahlreiche Werte, die im absolut grünen Bereich liegen (hier leider bei gleichem Ausgangsgewicht des Kupferbleches, aber auch das ist eben Naturwissenschaft…). Bei diesem Versuch erhält man sehr selten üppig viele brauchbare Werte… Aber für die SuS ist der Versuch nett. Hier einmal eine Schülerdeutung dazu.

Wer es genauer mag, kann Kupferbleche in einem Porzellantiegel mit Schwefel im Abzug kochen oder auch Kupferoxid mit Wasserstoff reduzieren (hier im Blog zu finden). In der Luxusvariante kann man die SuS ihr Ergebnis auch in ein gebeamtes, vorbereitetes Tabellenkalkulationssheet eintragen lassen.

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10 Kommentare

  • Masterchief

    Die obige Reaktionsgleichung ist falsch! Es muss heißen: 2Cu + S –> Cu2S

    Es geht dann richtig weiter mit „Es reagieren also 32u Schwefel mit ca. 2×63,5u Kupfer (127u)[…]“.

    Bitte unbedingt ändern!!!

  • Marie

    Ich hätte da noch zwei Fragem. Also:

    1. Warum muss das Kupfer vollständig reagieren und woran erkennt man, ob das der Fall war?

    2. Warum darf kein Schwefel am Kupfersulfid hängen und woran erkennt man, dass das nicht der Fall ist?

    LG Marie

  • Hallo Marie,

    Tolle Fragen!

    Frage 1:
    Wenn das Kupfer nicht vollständig reagiert, stimmt das Massenverhältnis nicht, da das nicht nicht umgesetzte Kupfermetall das Ergebnis verfälscht.

    Du kannst die vollständige Reaktion nicht erkennen, aber ein Massenverhältnis von 1:4 (Auswertung) bestätigt die Theorie und ist somit ein Indiz dafür. Deswegen setzt du Schwefel im Überschuss ein, da du den im Gegensatz zum Kupfer recht leicht verdampfen kannst, wenn er „über ist“.

    Frage 2:
    Auch überschüssiger Schwefel am Kupfer verfälscht dein Massenverhältnis. Du willst ja reines Kupfersulfid wiegen und nicht Kupfersulfid mit Schwefel. Und mit der Erkenntnis verhält es sich wie unter Frage 1: Du kannst hoffen, dass du ihn vollständig verdampft hast und kannst diese Hoffnung durch sorgfältiges Erhitzen des Streifens stärken. Als Faustegel gilt: Wenn sich der Streifen leicht und vollständig entfernen („auskippen“) lässt, dann ist die Wahrscheinlichkeit dafür recht hoch.

  • Marie

    Du hast meiner Tochter sehr bei den Hausaufgaben für Chemie geholfen.
    Auch von meiner Tochter (Zoé):
    „!!!Herzlichsten Dank!!!“

  • Die Chemie ist doch bei sowas fast egal :o)… Wenn „Zoé“ dabei eine positive Erfahrung im Netz gemacht hat, ist das doch genau so viel wert. Ich habe es aus beiden Motiven heraus gerne gemacht.

    Gruß,

    Maik

  • Lolo

    Ich schreibe morgen eine arbeit und muss wissen ob die reaktionsgleichung stimmt : Cu + S ——> C/S + E
    bedeutet : (cuprum) (sulfur) —-> C/S + energie
    ?? ;) wäre lieb

  • nadja

    Hallo.
    ich schreibe übermorgen eine Chemiearbeit und deshalb ist die Frage sehr dringend:
    kannst du mir eine Beobachtung für den Versuch kurz zusammengefasst schreiben, denn als wir den Versuch gemacht haben, war ich krank und deshalb weiß ich nicht wie die Übergänge der Reaktion sind.
    Außerdem würde ich gerne wissen, ob der Kupferstreifen am Anfang und am Ende derselbe Stoff ist
    Danke im Vorraus

  • Wenn du den Artikel und die Kommentare hier liest, wirst du alle deine Fragen beantwortet finden. Schließlich schreiben ja nicht wir eine Arbeit und müssen uns vorbereiten :o) …

  • Shirin

    Wir haben eine Aufgabe in Chemie bekommen und zwar sollen wir sagen ob es beim verdampfen von Schwefel zu einer chemischen Reaktion kommt

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