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System und Umgebung

Zwei Aufgaben, in denen du Systeme abgrenzt.

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1

Die selbsterhitzende Dose

AFB I–II

Beim Campen hat Lea eine Dose Suppe, die sich selbst erwärmt. Im Boden der Dose ist ein abgetrenntes Fach mit Branntkalk. Drückt man einen Knopf, fließt Wasser aus einem zweiten Fach auf den Branntkalk. Die beiden Stoffe reagieren, das Fach bleibt dabei dicht verschlossen. Nach einigen Minuten ist die Suppe heiß.

  1. Nenne die Stoffe, die hier das System bilden, und zwei Bestandteile der Umgebung.
  2. Beschreibe den Energiefluss zwischen System und Umgebung.
  3. Erkläre, um welche Art von System es sich bei dem verschlossenen Fach handelt.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Welche Stoffe wandeln sich um? Was reagiert nicht mit?
Hinweis zu Aufgabe b)
Woran merkst du, in welche Richtung die Energie fließt?
Hinweis zu Aufgabe c)
Kann Stoff hinein oder hinaus? Kann Energie hinaus?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Zum System gehören Branntkalk und Wasser (die Edukte) sowie der entstehende Löschkalk (das Produkt). Zur Umgebung gehören zum Beispiel die Suppe, die Dosenwand und die Luft um die Dose.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Die Reaktion gibt Energie in Form von Wärme ab. Diese Energie fließt vom System über die Dosenwand in die Suppe, die dadurch heiß wird. Die Reaktion ist exotherm.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Das Fach ist dicht verschlossen, es kann also kein Stoff hinein oder hinaus. Energie fließt aber durch die Wand in die Suppe. Deshalb ist es ein geschlossenes System.

2

Eierschale in Essig

AFB II–III

Zwei Gruppen geben jeweils 5 g zerkleinerte Eierschale in 50 mL Essig. Es schäumt kräftig, dabei entsteht Kohlenstoffdioxid. Gruppe 1 arbeitet in einem offenen Becherglas auf einer Waage: Die Anzeige sinkt von 152,0 g auf 150,1 g. Gruppe 2 arbeitet in einem Erlenmeyerkolben, über dessen Öffnung ein Luftballon gestülpt ist: Die Anzeige bleibt bei 168,4 g, der Ballon bläht sich auf.

  1. Vergleiche die beiden Versuchsaufbauten im Hinblick auf die Art des Systems.
  2. Deute die Anzeigen der beiden Waagen.
  3. Plane einen Versuch, mit dem du herausfindest, ob diese Reaktion exotherm oder endotherm ist.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Was passiert jeweils mit dem entstehenden Gas?
Hinweis zu Aufgabe b)
Welcher Stoff fehlt bei Gruppe 1 auf der Waage?
Hinweis zu Aufgabe c)
Wo muss das Thermometer hin, und was vergleichst du?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Bei Gruppe 1 ist das Gefäß offen: Das Kohlenstoffdioxid entweicht in die Luft, es liegt ein offenes System vor. Bei Gruppe 2 fängt der Ballon das Gas auf, es verlässt das System nicht — ein geschlossenes System. Energie kann in beiden Fällen mit der Umgebung ausgetauscht werden.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Bei Gruppe 1 sinkt die Anzeige um 1,9 g, weil so viel Kohlenstoffdioxid als Produkt aus dem offenen System in die Luft entwichen ist. Bei Gruppe 2 bleibt das Gas im Ballon und wird mitgewogen, deshalb ändert sich die Anzeige nicht.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Ich stelle den Erlenmeyerkolben in ein Wasserbad mit bekannter Anfangstemperatur und stecke das Thermometer in das Wasserbad, also in die Umgebung. Dann gebe ich Eierschale und Essig zusammen und lese nach einigen Minuten die Endtemperatur ab. Steigt die Temperatur, ist die Reaktion exotherm, sinkt sie, ist sie endotherm. Zum Vergleich führe ich denselben Versuch ohne Eierschale durch, damit ich sehe, dass die Änderung von der Reaktion kommt.