Versuch 80: Stickoxide in Auspuffgasen - Einleitung

Katalysatoren dienen im Auto der Minderung von umweltgefährdenden Abgasen, die bei der Verbrennung von Kraftstoffen entstehen.

Autos ohne Katalysator stoßen somit mehr umweltschädigende Stoffe aus. Doch mittlerweile befinden sich auf den Straßen hierzulande kaum noch Kraftfahrzeuge ohne einen solchen Katalysator.

Neben Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und unvollständig verbrannten Kohlenwasserstoffen entstehen im Motor auch Stickstoff-Sauerstoff Verbindungen - die Stickoxide.

Diese Stickoxide können im Experiment „Stickoxide in Auspuffgasen“ nachgewiesen werden. Hohe Temperatur oder hoher Druck, wie sie im Automotor vorkommen fördern das Entstehen von Stickoxiden aus Sauerstoff und Stickstoff der Luft. Katalysatoren setzen durch chemische Reaktionen einen Teil dieser Verbindungen zu weniger schädlichen Verbindungen um.

Im Dreiwege-Katalysator werden giftiges Kohlenstoffmonoxid in weniger giftiges Kohlenstoffdioxid umgewandelt, Stickoxide in Stickstoff überführt und Kohlenwasserstoffreste zu Kohlendioxid und Wasser umgesetzt. Die Stoffe reagieren dabei untereinander. Platin, Rhodium und Palladium katalysieren die Vorgänge.

Bevor wir noch tiefer in diese Vorgänge eintauchen, befassen wir uns erst einmal mit der Beweisführung. Mit entsprechenden Reagenzien werden die Stickoxide im gesammelten Abgas eines Autos enttarnt.

Sicherheitssymbole

Als Schülerversuch geeignet. Schutzbrille tragen! Im Abzug arbeiten! Neutralisieren! In den Ausguss geben.

Chemikalien

  • Saltzmann Reagenz

Materialien

  • Auto
  • Wasserstrahlpumpe
  • Gaswaschflasche
  • 2 Schläuche
  • gebogenes Glasrohr
  • Müllbeutel

Durchführung

Saltzmann-Reagenz stellt man, falls nicht vorhanden, selbst her. Dazu mischt man 0.5g Sulfanilsäure und 0.05g N-(Naphthyl)-ethylenaminhydrochlorid in 5mL Eisessig und gibt 100mL destilliertes Wasser hinzu. Die Lösung wird in eine dunkle Flasche gegeben. Verschlossen ist sie dort über Monate haltbar.

Als Quelle für Stickoxid dient uns hier ein älteres Automodell. Neuere Katalysatoren verringern die Menge entstandener Stickoxide zu stark, dennoch lassen sich auch neuere Autos für diesen Versuch verwenden, da die Katalysatoren im kalten Zustand weniger filtern. An dieser Stelle ist der Versuch also ausbaufähig.

Es können Abgase von Mofas und Motorrollern mit neuen oder älteren PKW bei langer Laufzeit oder Kaltstart verglichen werden. Vielleicht ein interessantes Projekt für einen Chemiekurs.

Die Abgase werden mit einem großen Müllbeutel am Auspuff entnommen. Ein Einatmen der Abgase sollte beim Füllen vermieden werden. Der Beutel wird gefüllt und fest geschlossen. Die gesammelten Abgase werden im Labor im Abzug mit einer Gaswaschflasche verbunden, die Saltzmann-Reagenz enthält.

Dazu steckt man ein gebogenes Glasrohr in einen Schlauch, der an die Gaswaschflasche angeschlossen ist. Das Glasrohr sticht man in den Müllbeutel. An die Gaswaschflasche schließt man eine Wasserstrahlpumpe an, die man einschaltet. Die Gase werden so durch die Nachweislösung gezogen.

Entsorgung

Die Lösung wird neutralisiert und in den Ausguss gegeben.

Ergebnisse

Die Lösung färbt sich rosa. Stickoxide reagieren mit Wasser und Sauerstoff zu salpetriger Säure und Salpetersäure.

Aus Stickstoffmonoxid, Wasser und Sauerstoff entsteht salpetrige Säure:

4NO + 2H2 + O2O → 4HNO2

Aus Stickstoffdioxid, Wasser und Sauerstoff entsteht Salpetersäure:

4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3

Die Sulfanilsäure reagiert in saurer Umgebung mit salpetriger Säure zu einem Diazoniumion, dass mit dem N-(Naphthyl)-ethylenaminhydrochlorid einen Azofarbstoff bildet, der durch die charakteristische rosa Färbung zu erkennen ist.

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Hinweise

Autoabgase enthalten gesundheitsgefährdende Stoffe. Der Versuch muss deshalb im Abzug oder im Freien durchgeführt werden.

Versuchsvideo

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Versuchsbild

Bild zu Versuch: Stickoxide in Auspuffgasen

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NEU

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