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Exotherm und endotherm

Zwei Aufgaben, in denen du die Richtung der Energie bestimmst.

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Kalk brennen

AFB I–II

Für Mörtel wird Kalkstein in großen Öfen auf über 900 °C erhitzt. Dabei entstehen Branntkalk und Kohlenstoffdioxid. Fällt die Heizung des Ofens aus, entsteht kein weiterer Branntkalk. Im fertigen Mauerwerk wird der Kalk über Monate wieder hart: Er reagiert mit dem Kohlenstoffdioxid der Luft zurück zu Kalkstein.

  1. Ordne das Brennen von Kalkstein als exotherm oder endotherm ein.
  2. Stelle die Wortgleichung für das Brennen von Kalkstein mit Energieangabe auf.
  3. Erkläre, ob das Hartwerden des Kalks im Mauerwerk exotherm oder endotherm ist.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Was passiert, wenn die Heizung ausfällt?
Hinweis zu Aufgabe b)
Ein Edukt, zwei Produkte; die Energieangabe folgt hinter der Gleichung.
Hinweis zu Aufgabe c)
Das Hartwerden ist die Umkehrung des Kalkbrennens.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Das Brennen von Kalkstein ist endotherm. Die Reaktion läuft nur, solange der Ofen ständig Energie zuführt; fällt die Heizung aus, hört sie auf.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Kalkstein → Branntkalk + Kohlenstoffdioxid; Energie wird benötigt.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Das Hartwerden ist exotherm. Es ist die Umkehrung des Kalkbrennens: Beim Brennen wird Energie aufgenommen, bei der Rückreaktion zu Kalkstein wird Energie wieder abgegeben. Weil die Reaktion sehr langsam abläuft, merkt man die Erwärmung an der Wand allerdings kaum.

2

Die Streichholz-Frage

AFB II–III

Ben hält ein Streichholz an ein Grillanzünder-Würfelchen. Nach wenigen Sekunden brennt der Würfel mit großer Flamme und bringt die Holzkohle darüber zum Glühen. Ben behauptet: „Das Anzünden ist endotherm, denn ohne das Streichholz passiert gar nichts.“ Seine Schwester misst mit einem Grillthermometer über der Glut 350 °C.

  1. Stelle eine Vermutung auf, ob der Grillanzünder weiterbrennt, wenn Ben das Streichholz nach dem Anzünden wegnimmt.
  2. Werte die Messung des Grillthermometers aus.
  3. Beurteile Bens Aussage.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Vergleiche die Energie eines Streichholzes mit der Energie der großen Flamme.
Hinweis zu Aufgabe b)
Was sagt eine Temperatur von 350 °C über den Energiefluss zwischen Glut und Umgebung?
Hinweis zu Aufgabe c)
Unterscheide zwischen dem Anstoß und dem, was die Reaktion danach selbst tut.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Ich vermute, dass der Grillanzünder weiterbrennt. Die große Flamme gibt viel mehr Energie ab als das kleine Streichholz; diese Energie hält die Reaktion selbst in Gang.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Die Umgebung über der Glut ist mit 350 °C viel heißer als die Luft vorher (etwa 20 °C). Die Reaktion gibt also Energie an die Umgebung ab — das Verbrennen der Holzkohle ist exotherm.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Bens Aussage ist falsch. Das Streichholz liefert nur einen kleinen Anstoß, damit die Reaktion startet. Danach läuft die Verbrennung von allein weiter und gibt viel mehr Energie ab, als hineingesteckt wurde — die Umgebung wird stark erwärmt. Die Reaktion ist deshalb exotherm, obwohl sie gezündet werden muss.