Autokatalyse einer Permanganat-Oxalsäure-Oxidation

Details: Manfred Seidl; Veröffentlicht: 29. März 2014; Erstellt: 29. März 2014; Zuletzt aktualisiert: 07. November 2024; Zugriffe: 46273

Bei diesem Versuch wird die autokatalytische Wirkung von Mangan(II)-Ionen demonstriert.

Verwendete Chemikalien

Chemikalie
Gefahr	0.32 g Kaliumpermanganat, KMnO₄ – 158.03 g/mol Kaliumoxido(trioxo)mangan (IUPAC), Permangansäure Kaliumsalz CAS-Nr.: 7722-64-7 – EG-Nr.: 231-760-3 Ox. Sol. 2, Acute Tox. 4 (oral), Skin Corr. 1, Eye Dam. 1, Repr. 2, STOT RE 2 (Gehirn), Aquatic Acute/Chronic 1, WGK 3 H272 Kann Brand verstärken; Oxidationsmittel. H302 Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H361d Kann vermutlich das Kind im Mutterleib schädigen. H373 Kann die Organe schädigen (Gehirn) bei längerer oder wiederholter Exposition durch Einatmen. H410 Sehr giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. P210 Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P260 Staub nicht einatmen. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P303+P361+P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P305+P351+P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. Sigma-Aldrich, 223468, SDB vom 05.03.2024
Gefahr	0.45 g Oxalsäure, C₂H₂O₄ – 90.03 g/mol Ethandisäure, Kleesäure CAS-Nr.: 144-62-7 – EG-Nr.: 205-634-3 Acute Tox. 4 (oral, dermal), Eye Dam. 1, WGK 1 H302+H312 Gesundheitsschädlich bei Verschlucken oder Hautkontakt. H318 Verursacht schwere Augenschäden. P264 Nach Gebrauch exponierte Haut gründlich waschen. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P301+P312 BEI VERSCHLUCKEN: Bei Unwohlsein GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. P302+P352+P312 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT: Mit viel Wasser waschen. Bei Unwohlsein GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. P305+P351+P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. P362+P364 Kontaminierte Kleidung ausziehen und vor erneutem Tragen waschen. Sigma-Aldrich, 75688, SDB vom 05.03.2024
Gefahr	1.69 g Mangan(II)-sulfat-Monohydrat, MnSO₄ · H₂O – 169.02 g/mol Mangansulfat-Monohydrat, Mangansulfat-Hydrat CAS-Nr.: 10034-96-5 – EG-Nr.: 232-089-9 Eye Dam. 1, STOT RE 2 (Gehirn), Aquatic Chronic 2, WGK 2 H318 Verursacht schwere Augenschäden. H373 Kann die Organe (Gehirn) schädigen bei längerer oder wiederholter Exposition durch Einatmen. H411 Giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. P260 Staub nicht einatmen. P273 Freisetzung in die Umwelt vermeiden. P280 Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P305+P351+P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. P314 Bei Unwohlsein ärztlichen Rat einholen/ärztliche Hilfe hinzuziehen. P391 Verschüttete Mengen aufnehmen. Sigma-Aldrich, M7634, SDB vom 29.02.2024
Gefahr	10 mL Schwefelsäure 95–97 %, H₂SO₄ – 98.08 g/mol Schwefel(VI)-säure, Dihydrogensulfat, Monothionsäure, E 513, Vitriolöl (veraltet) CAS-Nr.: 7664-93-9 – EG-Nr.: 231-639-5 Met. Corr. 1, Skin Corr. 1A, Eye Dam. 1, WGK 1 H290 Kann gegenüber Metallen korrosiv sein. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. P234 Nur in Originalverpackung aufbewahren. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P303+P361+P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P304+P340+P310 BEI EINATMEN: Die Person an die frische Luft bringen und für ungehinderte Atmung sorgen. Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM/Arzt anrufen. P305+P351+P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. P363 Kontaminierte Kleidung vor erneutem Tragen waschen. Sigma-Aldrich, 258105, SDB vom 05.03.2024

Verwendete Geräte, Versuchsaufbau

Waage, 3 × 100-ml-Messkolben, 100-ml-Messzylinder, 10-ml-Messzylinder, 100-ml-Becherglas, Glasstab, 6 Reagenzgläser mit Gummistopfen, Reagenzglasständer, 2 × 2-ml- und 1 × 1-ml-Vollpipetten, 1-ml-Messpipette, Stoppuhr

Versuchsdurchführung

Vorbereitung:
Kaliumpermanganat-Lösung c(KMnO₄) = 0.02 mol/L
In einem 100-ml-Messkolben werden 50 mL dest. Wasser vorgelegt und darin 0.32 g Kaliumpermanganat gelöst. Anschließend wird bis zur 100 mL Marke mit dest. Wasser aufgefüllt.

Oxalsäure-Lösung c(C₂H₂O₄) = 0.05 mol/L
In einem 100-ml-Messkolben werden 50 mL dest. Wasser vorgelegt und darin 0.45 g wasserfreie Oxalsäure aufgelöst. Anschließend wird bis zur
100 mL Marke mit dest. Wasser aufgefüllt.

Mangan(II)-sulfat-Lösung c(MnSO₄) = 0.1 mol/L
In einem 100-ml-Messkolben werden 50 mL dest. Wasser vorgelegt und darin 1.69 g Mangan(II)-sulfat gelöst. Anschließend wird bis zur 100 mL Marke mit dest. Wasser aufgefüllt.

Schwefelsäure ca. 50 %
In einem 100-ml-Becherglas werden 10 mL dest. Wasser vorgelegt und unter Rühren langsam 10 mL Schwefelsäure 96 % zugegeben.
Vorsicht! Starke Erwärmung!

Durchführung:
In den Reagenzglasständer werden 6 Reagenzgläser (RG 1–6) gestellt und wie folgt beschickt:
In die Reagenzgläser 1–5 werden jeweils 2 mL Oxalsäure-Lösung und 1 mL Schwefelsäure 50 % gegeben. In die Reagenzgläser 2, 3, 4, 5 werden 0.1 mL, 0.2 mL, 0.4 mL und 0.5 mL der Mangan(II)-sulfat-Lösung pipettiert. Das Reagenzglas 6 wird mit 2 mL dest. Wasser und 1 mL Schwefelsäure 50 % befüllt. Alle Reagenzgläser werden jetzt mit dest. Wasser auf das gleiche Volumen gebracht. Als Erstes gibt man in Reagenzglas 6 1 mL der Kaliumpermanganat-Lösung und vermischt, es dient als Farbvergleich für die anderen Reagenzgläser. Nacheinander verfährt man so mit den Reagenzgläsern 1–5, dabei wird jedes Mal die Zeit gestoppt, bis eine vollständige Entfärbung eingetreten ist. Die Messwerte werden notiert.

Bei Reagenzglas 1 kann man den Ablauf der Autokatalyse beobachten!

Messergebnisse (Beispiel)

RG	Mangan(II)-sulfat (mL)	Zeit (Sek.)
1	0.0	70
2	0.1	30
3	0.2	24
4	0.4	19
5	0.5	15

Reaktionsgleichung

Reduktion des Permanganats:
MnO₄⁻_(aq) + 8 H⁺_(aq) + 5 e⁻ → Mn²⁺_(aq) + 4 H₂O

Abb. 2 – Die ausgeglichene Redoxreaktion.

Reagenzglas 1 scheint eine »Ewigkeit« keine Reaktion zu zeigen. Die Reaktion setzt langsam ein, schön zu sehen an der allmählichen Entfärbung der Lösung, die sich immer mehr beschleunigt. Für diese Reaktionsbeschleunigung sind die gebildeten Mangan(II)-Ionen verantwortlich, sie wirken als Katalysator. Da die Reaktion selbst Mangan(II)-Ionen hervorbringt, die Konzentration steigt immer mehr, spricht man von einer Autokatalyse.

Quellenangaben

[1]

D. Wiechoczek. Autokatalyse bei der Permanganat/Oxalsäure-Oxidation. Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie, 2005. https://www.chemieunterricht.de/dc2/katalyse/vkat-003.htm [23.01.2017]

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