Arbeitsblatt 1: Luftschadstoffe in Abgasen aus Kraftfahrzeugmotoren

In diesem Arbeitsblatt erfahren wir etwas über die Inhaltsstoffe von Abgasen und über die Reduzierung der Emissionen durch einen Katalysator.

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Abgase sind gesundheitsschädlich und sollten daher nicht eingeatmet werden!

Benutze deshalb einen Abzug oder arbeite draußen.

Einige wichtige Informationen für die Experimente:

Für die Versuche benötigst du folgende Chemikalien bzw. Reagenzien:

Achtung: von einigen im Experiment verwendeten Chemikalien gehen Gefahren aus.
Experimentiere mit Bedacht und schütze dich!

	Ammoniaklösung konz. (25%) [C, N; R: 34-50; S: 26-36/37/39-45-61]
	Silbernitrat-Lösung, AgNO3 (aq), (ca. 2%)
	Kalkwasser, CaOH (aq)
	N(1-naphthyl)ethylenediamindihydrochlorid [Xi; R: 36/38; S: 22]
	Sulfanilsäure [Xi; R: 36/38-43; S: 2-24-37]
	Essigsäure [C; R: 10-35; S: 1/2-23-26-45]
	Destilliertes Wasser

Ansetzen der Saltzmannlösung (Nachweisreagenz für Stickoxide, die mit Wasser salpetrige Säure bilden.):
Es werden 5g Sulfanilsäure, 0,050g N(1-Naphthyl)-ethylendiamindihydrochlorid und 50ml Essigsäure in 800ml Wasser gelöst und auf 1L aufgefüllt. Die Lösung ist luftdicht verschlossen im Dunkeln über Monate haltbar.

Folgende Materialien werden in etwa (evtl. je Gruppe) benötigt.
Der reale Materialbedarf hängt von der Planung der SchülerInnen ab.

3	Waschflaschen oder alternativ: Reagenzgläser mit seitlichem Ansatz, Gaseinleitrohr (gebogenes Glasrohr) und passender Stopfen
2	Küvetten oder kleine, baugleiche und saubere Reagenzgläser
2	Kolbenprober mit Halter
	Stativmaterial
	Schlauchverbindungsstücke
	Probeentnahmebeutel (siehe Arbeitsblatt unten oder entsprechend umgerüstete alte Weinschläuche aus Tetrapack-Verpackungen.)
	Schlauch passend für Glashahn und Einleitrohr

1. Vorbereitung und Abgas-Probenentnahme im Gefrierbeutel

Zum Auffangen und Transportieren der Abgasproben werden Probeentnahmebeutel benötigt. Dazu gibt es verschiedenen Möglichkeiten. Hier werden jetzt handelsübliche Gefrierbeutel (ohne Schnellverschluss) eingesetzt. Diese müssen erst mit einem Anschluss versehen werden.

Die benötigten Materialien je Beutel:

1	Gefrierbeutel (oder dickwandige, luft- und gasdichte Plastiktüte) von 3-10 L Volumen
1	Rohr (Glas, Kunststoff oder Metall) Länge 15-30 cm Durchmesser 25-50 mm
	Breites Kunststoffklebeband (Paketband)
1	Durchbohrter Gummistopfen außen für Rohr, innen für Glashahn
1	Glashahn (oder Glasrohr mit Schlauch und Quetschhahn)

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Es empfiehlt sich, das Rohr in der Mitte der Öffnung relativ tief in den Beutel einzutauchen. Die seitlichen Überstände des Beutels werden mit Klebeband umklebt und dann möglichst glatt mit Klebeband am Rohr dicht angeklebt. Der Abschluss wird fest umwickelt. (Siehe Bilder 1 bis 4)

2. Die Probenahme:

Achte bitte darauf, möglichst keine (wenig) Abgase einzuatmen.

Je nach Auspuffende reicht es, den Stopfen zu entfernen, das Rohrende mit einem Lappen zu umwickeln, das vorhandene Gas aus dem Beutel zu entfernen und das Rohrende dicht an den Auspuff zu halten. Um den Beutel zu spülen, sollte der Beutel 2 mal mit dem Abgas gefüllt werden. Ist er zum zweiten Male gefüllt, wird der Beutel noch direkt am Auspuff sofort mit dem Stopfen verschlossen. (Der Hahn sollte dabei geschlossen sein.)

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Ist diese Entnahmemethode nicht möglich, so wird ein Glasrohr mit einem für den Auspuff passenden Korkstopfen versehen und eine Schlauchverbindung zum Glashahn des Beutels hergestellt. Da hierbei ein erheblich höherer Gasdruck benötigt wird, müssen bei Auspuffanlagen mit mehreren Enden alle mit der Entnahmestelle verbundenen Öffnungen mit Korkstopfen verschlossen werden. Durch manuelle Variation der Eintauchtiefe des Stopfens (Pfeil) wird der Gasdruck so geregelt, dass der Motor nicht abstirbt.

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A 1	Fertige für jede geplante Abgasprobe einen Probeentnahmebeutel.
T 2	Entnehme bitte Abgasproben, nummeriere deine Proben und ordne sie den Kriterien der Tabelle 1 zu: (Die Proben sollten am gleichen Tag untersucht werden.)

Tabelle 1		ohne Abgas-Katalysator		mit Abgas-Katalysator
.		kalter Motor	betriebswarmer Motor	kalter Motor	betriebswarmer Motor
Benzin motor	4 Takt	.	.	.	.
	2 Takt	.	.	.	.
Diesel motor	4 Takt	.	.	.	.
	(2 Takt)	.	.	.	.

3. Qualitative Abgasuntersuchung auf CO, CO2 und NOx)

A 3	Ergänze die Hinweise zu den Nachweisen durch Angabe der fehlenden Reaktionsgleichungen.

Hinweise zu den Nachweisen:

1. Nachweis von Kohlenstoffmonoxid mit ammoniakalischer Silbernitratlösung:

Eigenschaften von Kohlenstoffmonoxid:
Wasserlöslichkeit 0,23g/L (20°C), SdT.: -191°C, Reduktionsmittel, sehr giftig in Konzentrationen w>5%, MAK: 30ppm
Nachweisreaktionsgleichung:

2. Nachweis von Kohlenstoffdioxid mit Kalkwasser:

Eigenschaften von Kohlenstoffdioxid:
Wasserlöslichkeit 1,78g/L (20°C), Subl.: -79°C, MAK: 5000ppm
Nachweisreaktionsgleichung:

3. Nachweis von Stickstoffoxiden mit Saltzmann Lösung:

Eigenschaften von Stickstoffdioxid:
reagiert mit Wasser zu HNO2 und HNO3, SdT.:21°C, Dampfdruck: 1013hPa bei 20°C, sehr giftig in Konzentrationen w>1%, MAK: 5ppm
Nachweisreaktionsgleichungen:

Bild 9: Reaktionsschema für die Identifikation von Stickstoffoxiden mit Saltzmann Lösung.

Autoabgase enthalten gesundheitsgefährdende Stoffe:

Die Experimente sollen im Abzug oder im Freien durchgeführt werden!

A 4

Plane einen Versuchsaufbau mit Versuchsdurchführung mit dem du folgenden Kriterien genügst: Die Abgasproben von Kraftfahrzeugen sollen je Probe simultan auf Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid und Stickstoffoxide untersucht werden. Die Nachweise sind so hintereinander anzuordnen, dass sie sich nicht gegenseitig behindern oder verfälschen. (Achte dazu besonders auf die Löslichkeiten bzw. Reaktionsfreudigkeit mit Wasser, der Schadstoffe und auf die Reaktionsprodukte.) Eine grob quantitative Unterscheidung der Schadstoffkonzentrationen im Vergleich verschiedener Abgasproben zueinander soll durch Kontrolle des getesteten Abgasvolumens ermöglicht werden.

A 5

Untersuche nun die Abgasproben und erfasse deine Ergebnisse tabellarisch.

About this page:

Authors: M. Seesing, M. Tausch - Universität Duisburg-Essen, Duisburg / Germany
Translation: Elmar Uherek - MPI Chemistry Mainz - 2005-04-21
Last update: 2004-05-24