Salze herstellen im virtuellen Labor: Kupfersulfat-Kristalle

Aktualisiert am 2026-10-07

Dieses Material zeigt, wie Lernende Salze herstellen im virtuellen Labor, und passt zum Pflichtversuch (required practical) von AQA GCSE Chemistry, in dem aus einer unlöslichen Base eine reine, trockene Probe eines löslichen Salzes hergestellt wird. Die Lernenden erwärmen verdünnte Schwefelsäure, geben Kupfer(II)-oxid spatelweise zu, bis etwas übrig bleibt, und filtrieren den Überschuss ab. Sie dampfen das Filtrat bis zum Kristallisationspunkt ein, lassen es abkühlen und wiegen blaue Kupfersulfat-Kristalle. Dann berechnen sie die prozentuale Ausbeute und sehen, was schiefgeht, wenn die Lösung bis zur Trockne eingedampft wird.

Herstellung eines Salzes – Kupfersulfat-Kristalle aus einer unlöslichen Base und Säure

Lehrplanbezug

AQA GCSE Chemistry 4.4.2.3 (lösliche Salze) und der zugehörige Pflichtversuch, in dem aus einem unlöslichen Oxid oder Carbonat eine reine, trockene Probe eines löslichen Salzes hergestellt wird. In Combined Science: Trilogy ist derselbe Inhalt 5.4.2.3.
AQA GCSE Chemistry 4.3.3.1 (prozentuale Ausbeute), für die Fragen 3–5.
AP Chemistry Unit 4, Topic 4.5 Stoichiometry: Die theoretische Ausbeute ergibt sich aus der Stoffmenge des limitierenden Reaktionspartners.
NGSS HS-PS1-7 (US-Standard): mit mathematischen Darstellungen die Erhaltung der Masse bei einer Reaktion begründen.

Simulic ist weder mit dem College Board noch mit AQA verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt. In Deutschland passt der Versuch zur Neutralisation und Salzbildung im Chemieunterricht der Sekundarstufe I.

Vor dem Experiment (5 min)

Lassen Sie die Lernenden sich auf eine Vorhersage festlegen, auf Papier oder als Frage 1 des Klassenlinks:

„Sie stellen zweimal Kupfersulfat her. Beim ersten Mal hören Sie auf zu erhitzen, sobald sich an einem kalten Glasstab Kristalle bilden, und lassen die Lösung abkühlen. Beim zweiten Mal dampfen Sie das ganze Wasser ab. Was erhalten Sie beim zweiten Mal?“

Viele Lernende sagen „mehr Kristalle, weil nichts im Wasser zurückbleibt“. Korrigieren Sie sie noch nicht.

Durchführung in der Simulation

Stellen Sie Säure auf verd. H₂SO₄, Base auf CuO, Volumen auf 25 mL, Konzentration auf 1,0 mol/L, Eindampfen auf „bis Kristalle (richtig)“ und Abkühlen auf „langsam, Raumtemp.“.
Klicken Sie auf 1. Säure erwärmen. Geben Sie die Base mit + 1 Spatel CuO zu, einen Spatel nach dem anderen, bis das Infofeld meldet, dass sich ein Teil der Base nicht mehr löst. Notieren Sie die Zahl der Spatel.
Klicken Sie auf 3. Überschuss abfiltrieren und dann auf 4. Eindampfen bis Kristalle. Beobachten Sie den Glasstab: Das Erhitzen endet, sobald sich an ihm Kristalle bilden.
Klicken Sie auf 5. Abkühlen, kristallisieren und dann auf 6. Abtrennen, trocknen, wiegen. Notieren Sie Masse, theoretische Masse und Ausbeute aus der Ergebnistabelle.
Klicken Sie auf Neuer Versuch. Stellen Sie Abkühlen auf das Eisbad und wiederholen Sie. Stellen Sie dann Abkühlen wieder auf langsam, Eindampfen auf „zur Trockne (Fehler)“ und wiederholen Sie.

Nr.	Eindampfen	Abkühlen
1	bis Kristalle	langsam
2	bis Kristalle	Eisbad
3	zur Trockne	langsam

Automatisch führt alle Schritte aus. Lassen Sie die Lernenden beim ersten Versuch die Schaltflächen selbst anklicken, damit sie die Reihenfolge lernen.

das Uhrglas mit blauen Kristallen, die Waage zeigt 4,67 g, darunter die Ausbeuterechnung

Erwartete Ergebnisse

Messwerte aus der Simulation mit den Einstellungen oben:

Versuch	Produkt	Masse (g)	Theoretisch (g)	Ausbeute	Kristallgröße
Langsames Abkühlen	blaue CuSO₄·5H₂O-Kristalle	4,67	6,24	74,8 %	5,9 mm
Eisbad	blaue CuSO₄·5H₂O-Kristalle	4,38	6,24	70,2 %	1,9 mm
Zur Trockne	weißes wasserfreies CuSO₄-Pulver	3,29	6,24	52,7 %	Pulver

Vier Spatel (2,4 g) CuO sind nötig. Beim vierten bleiben 0,41 g ungelöst; das zeigt, dass alle 0,0250 mol Säure reagiert haben.
Die theoretische Masse beträgt 0,0250 mol × 249,7 g/mol = 6,24 g, weil H₂SO₄ der limitierende Reaktionspartner ist.
Die 1,57 g Verlust beim langsamen Versuch teilen sich auf: 1,29 g bleiben in der Restlösung gelöst, 0,19 g ziehen ins Filterpapier ein und 0,10 g gehen beim Trocknen verloren.
Langsames Abkühlen ergibt wenige große Kristalle; das Eisbad ergibt viele kleine.
CuCO₃ ergibt dieselben Massen wie CuO, schäumt aber während der Reaktion.

Fragen für die Lernenden

(Vorhersage, nach dem Experiment erneut gestellt) Was erhalten Sie, wenn Sie die Kupfersulfatlösung bis zur Trockne eindampfen?
Welche Variablen müssen gleich bleiben, wenn Sie langsames Abkühlen mit einem Eisbad vergleichen?
Welche Masse an Kristallen wiegen Sie mit den Standardeinstellungen und langsamem Abkühlen?
Berechnen Sie die prozentuale Ausbeute.
Wo ist der größte Teil des fehlenden Kupfersulfats geblieben, und wie könnten Sie mehr davon zurückgewinnen?

Antworten für Lehrkräfte: (1) Weniger Produkt: 3,29 g weißes wasserfreies Pulver statt 4,67 g blauer Kristalle. (2) Säure, Base, Volumen und Konzentration der Säure und wie weit die Lösung eingedampft wird. (3) 4,67 g (akzeptiert 4,62–4,72). (4) 4,67 ÷ 6,24 × 100 = 74,8 % (akzeptiert 73,8–75,8). (5) Der größte Teil (1,29 g) bleibt in der Restlösung gelöst, weil Kupfersulfat auch bei Raumtemperatur löslich ist. Dampfen Sie diese Lösung erneut ein, um eine zweite Kristallernte zu gewinnen.

Häufige Fehlvorstellungen

„Überschüssige Base verunreinigt das Salz.“ Sie ist unlöslich und wird daher abfiltriert. Der Überschuss sorgt dafür, dass keine Säure im Produkt bleibt.
„Wenn man das ganze Wasser abdampft, erhält man die meisten Kristalle.“ Die blauen Kristalle enthalten Wasser. Erhitzen bis zur Trockne zerstört sie.
„Wenn ich sorgfältig arbeite, sollte die Ausbeute 100 % betragen.“ Etwas Salz bleibt immer in der kalten Lösung gelöst, die abgegossen wird.
„Ein Eisbad ergibt mehr Kristalle, also ist es besser.“ Es ergibt kleinere Kristalle. In dieser Simulation ist auch die Ausbeute geringer, weil beim langsamen Abkühlen über ein oder zwei Tage etwas mehr Wasser verdunstet.

Erweiterung

Hochskalieren: Stellen Sie 50 mL Säure mit 1,0 mol/L ein. Lassen Sie die Lernenden die Masse vorhersagen, bevor sie den Versuch starten. Sie verdoppelt sich auf 9,34 g, die Ausbeute bleibt aber bei 74,8 %.
Ein anderes Salz: Wechseln Sie zu verdünnter HCl. CuCl₂ ist viel besser löslich als CuSO₄, daher bleibt mehr davon in der Restlösung: 1,14 g CuCl₂·2H₂O-Kristalle, eine Ausbeute von 53,5 %. Fragen Sie, warum sehr gut lösliche Salze schwerer zu kristallisieren sind.

Häufige Fragen

Können die Lernenden den ganzen Pflichtversuch ohne Labor durchführen?

Sie können jedem Schritt folgen, sehen, warum jeder wichtig ist, und die Ausbeute berechnen. Nutzen Sie die Simulation, um die Methode vor dem echten Versuch zu vermitteln, oder an seiner Stelle, wenn die Zeit knapp ist. Mit echten Geräten müssen die Lernenden trotzdem irgendwann arbeiten.

Warum zeigt die Simulation mL und mol/L statt cm³ und mol/dm³?

Die deutsche Fassung der Simulation zeigt mL und mol/L. Die AQA-Spezifikation verwendet cm³ und mol/dm³: 1 cm³ ist 1 mL und 1 mol/dm³ ist 1 mol/L, die Zahlen bleiben also dieselben.

Wie gebe ich jeder Klasse einen anderen Aufbau?

Ändern Sie die Startwerte im Klassenlink, zum Beispiel 40 mL Säure mit 1,5 mol/L. Führen Sie den Versuch einmal selbst durch und passen Sie vor der Stunde die Zahlen in den Fragen 3 und 4 an.