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Das Energiediagramm

Zwei Aufgaben, in denen der Energiepfeil die Richtung verrät.

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1

Der Gaskocher

AFB I–II

Auf einer Radtour kocht Ben Nudelwasser mit einem kleinen Gaskocher. Aus der Kartusche strömt Butangas, das mit dem Sauerstoff der Luft verbrennt. Dabei entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser. Nach dem Anzünden brennt die blaue Flamme von allein weiter, das Wasser im Topf beginnt nach einigen Minuten zu sieden.

  1. Nenne die Edukte und die Produkte der Reaktion.
  2. Zeichne ein beschriftetes Energiediagramm für diese Reaktion.
  3. Erkläre mithilfe deines Diagramms, warum das Nudelwasser heiß wird.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Was reagiert miteinander, was entsteht?
Hinweis zu Aufgabe b)
Achse „Energie“, zwei Niveaus, ein Pfeil — und die Entscheidung: exotherm oder endotherm?
Hinweis zu Aufgabe c)
Wohin geht die Energie, die den Produkten fehlt?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Edukte sind Butan und Sauerstoff, Produkte sind Kohlenstoffdioxid und Wasser.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Senkrechte Achse „Energie“, waagerechte Achse „Reaktionsverlauf“. Links ein Strich „Butan + Sauerstoff“, rechts deutlich tiefer ein Strich „Kohlenstoffdioxid + Wasser“. Ein Pfeil führt vom oberen zum unteren Niveau (Spitze unten) und ist mit „Energie wird abgegeben“ beschriftet.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Die Produkte haben weniger Energie als die Edukte. Die Differenz wird als Wärme (und etwas Licht) an die Umgebung abgegeben. Ein Teil davon fließt durch den Topfboden ins Wasser, das sich dadurch bis zum Sieden erwärmt.

2

Im Kalkofen

AFB II–III

Im Kalkwerk wird Kalkstein in einem Ofen viele Stunden lang auf etwa 900 °C erhitzt. Dabei entstehen Branntkalk und Kohlenstoffdioxid. Fällt die Heizung aus, hört die Bildung von Branntkalk sofort auf. Übergießt man Branntkalk später auf der Baustelle mit Wasser, wird das Gemisch so heiß, dass das Wasser zischt.

  1. Interpretiere die Beobachtung, dass die Bildung von Branntkalk bei ausgeschalteter Heizung sofort aufhört.
  2. Vergleiche das Energiediagramm des Kalkbrennens mit dem Energiediagramm aus Aufgabe 1.
  3. Widerlege die Aussage von Tom: „Die Energie aus dem Ofen ist nach dem Kalkbrennen vernichtet.“

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Läuft die Reaktion von allein weiter, oder braucht sie ständig Energie?
Hinweis zu Aufgabe b)
Achte auf die Lage der Niveaus und die Richtung des Pfeils.
Hinweis zu Aufgabe c)
Denke an die Beobachtung auf der Baustelle.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Die Reaktion läuft nur, solange Energie von außen zugeführt wird. Das System nimmt also Energie aus der Umgebung auf — das Brennen von Kalk ist endotherm. Ohne Heizung fehlt diese Energie und die Reaktion stoppt.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Beide Diagramme haben die gleichen Achsen und je ein Niveau für Edukte und Produkte. Beim Gaskocher liegen die Produkte tiefer und der Pfeil zeigt nach unten (exotherm). Beim Kalkbrennen liegen die Produkte Branntkalk und Kohlenstoffdioxid höher als der Kalkstein, der Pfeil zeigt nach oben (endotherm).

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Die Energie ist nicht vernichtet, sie ist im energiereicheren Branntkalk gespeichert — deshalb liegt sein Niveau höher. Reagiert Branntkalk mit Wasser, wird ein Teil dieser Energie wieder frei: Das Gemisch wird heiß. Energie wechselt also nur den Ort, sie verschwindet nicht.