Schmelztemperaturen wässriger Lösungen - Molare Masse, Isotonie und latente Wärme

Schmelztemperaturen wässriger Lösungen

Gymnasium

Chemie

11. | 12. | 13. Klasse

7 Unterrichtsstunden

Beschreibung

Das Gefrieren des Wassers bei frostigen Temperaturen führt in vielen Bereichen des Alltags zu großen Problemen. Dem Wasser zugesetzte Frostschutzmittel verhindern die Eisbildung auf Straßen und Gehwegen und schützen geschlossene Rohrleitungssysteme. Die zugrunde liegende Gesetzmäßigkeit ist die im Vergleich zum reinen Lösungsmittel niedrigere Schmelztemperatur der Lösung. Da diese Gefrierpunktserniedrigung von der Menge, aber nicht von der Art des gelösten Stoffes abhängig ist, lassen sich mit einfachen Versuchen molare Massen, Osmolaritäten und Schmelzenthalpien bestimmen.
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Kompetenzen

Klassenstufe:11/12 (G8), 11/13 (G9)
Dauer:7 Unterrichtsstunden (Doppelstunden)
Kompetenzen:1. Naturwissenschaftliche Gesetzmäßigkeiten und Theorien fachspezifisch beschreiben, anwenden und überprüfen; 2. Experi­mente nach Anleitung durchführen, beschreiben und auswerten; 3. Sachverhalte in naturwissenschaftlichen Zusammenhängen bewerten; 4. Einsatz und Wirkung in der alltäglichen Anwendung reflektieren und beurteilen.
Inhalt:Mehrwertige Alkohole, Löslichkeit, Aggregatzustände, Konzentration, Isotonie, Schmelz- und Verdampfungsenthalpien, sensible und latente Wärme, Reaktionskinetik

Inhaltsangabe

Vorbemerkungen

1./2. Stunde

Thema:Wasser und Eis
M 1Frostschutzmittel
Dauer:Vorbereitung: 30 min, Durchführung: 30 min
Chemikalien:
  • Lösung A aus 3 g Natriumchlorid und 7 g Wasser
  • Lösung B aus 3 g Ethandiol und 7 g Wasser
  • Lösung C aus 3 g Glycerin (Propantriol) und 7 g Wasser
  • Lösung D aus 3 g 1,2-Propandiol und 7 g Wasser
Geräte:
  • Schutzbrille
  • 5 Kunststoffpipetten (3 ml)
  • Thermometer (mind. 1/10°, digital)
  • Stoppuhr
  • Becherglas (1 l) mit Kältemischung aus zerkleinertem Eis und Natriumchlorid (etwa –10 °C)
M 2Gefrierpunktserniedrigung
Dauer:Vorbereitung: 30 min, Durchführung: 30 min
Chemikalien:
  • Lösung A aus 0,5 g Glycerin (Propantriol) und 10 g Wasser
  • Lösung B aus 0,8 g Glycerin (Propantriol) und 10 g Wasser
  • Lösung C aus 1,1 g Glycerin (Propantriol) und 10 g Wasser
  • Lösung D aus 1,4 g Glycerin (Propantriol) und 10 g Wasser
Geräte:
  • Schutzbrille
  • Stativ mit 2 Klemmen und 2 Muffen
  • 4 Kunststoffpipetten (3 ml)
  • Thermometer (mind. 1/10°, digital)
  • Wasserbad (1 l) mit 5 °C
  • Becherglas (1 l) mit Kältemischung aus zerkleinertem Eis und Natriumchlorid (etwa –15 °C)
  • Stoppuhr

3./4. Stunde

Thema:Bestimmungen
M 3Molare Masse
Dauer:Vorbereitung: 30 min, Durchführung: 30 min
Chemikalien:
  • 1-g-Probe eines weißen kristallinen Stoffes (X) in einem 50-ml-Erlenmeyerkolben
Geräte:
  • Schutzbrille
  • Waage oder Messzylinder (10 ml)
  • Stativ mit 2 Klemmen und 2 Muffen
  • 1 Kunststoffpipette (3 ml)
  • Thermometer (mind. 1/10°, digital)
  • Wasserbad (1 l) mit 5 °C
  • Becherglas (1 l) mit Kältemischung aus zerkleinertem Eis und Natriumchlorid (etwa –15 °C)
  • Stoppuhr
M 4Osmolarität
Dauer:Vorbereitung: 30 min, Durchführung: 40 min
Chemikalien:
  • Apfelsaft (Lösung A)
  • Isotonische Limonade (CO2-frei) (Lösung B)
  • Bier (alkoholfrei, CO2-frei) (Lösung C)
  • Emser Sole (Inhalationslösung) (Lösung D)
  • Glucose
  • Citronensäure
Geräte:
  • Schutzbrille
  • Waage
  • Messkolben (100 ml)
  • Stativ mit 2 Klemmen und 2 Muffen
  • 6 Kunststoffpipetten (3 ml)
  • Wasserbad (1 l) mit 5 °C
  • Becherglas (1 l) mit Kältemischung aus zerkleinertem Eis und Natriumchlorid (etwa –15 °C)
  • Stoppuhr
  • Thermometer (mind. 1/10°, digital)

5. bis 7. Stunde

Thema:Schmelzen und Erstarren
M 5Schmelzenthalpie
Dauer:Vorbereitung: 30 min, Durchführung: 40 min
Chemikalien:
  • Eis (zerkleinert)
Geräte:
  • Schutzbrille
  • Waage
  • Schüssel (1 l)
  • Thermometer (mind. 1/10°, digital)
  • Papiertücher
  • Wasserkocher
  • Dewargefäß mit bekanntem Wasserwert
  • Magnetrührer mit Rührfisch

8. Stunde

Thema:Wasser und Wasserdampf 
M 8Siedepunktserhöhung
Dauer:Vorbereitung: 30 min, Durchführung: 40 min
Chemikalien:
  • Natriumchlorid
Geräte:
  • Schutzbrille
  • Waage, digital
  • Becherglas (250 ml)
  • Stativ mit Klemme und Muffe
  • Zweihalsrundkolben (250 ml) mit Schliff
  • Luftkühler mit Schliff
  • Heizpilz
  • Magnetrührer mit Rührfisch
  • Thermometer (mind. 1/10°, digital) mit Schliffadapter
  • Stoppuhr

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