Übung AFB III

Musterlösung: Reines Wasser ist ein Reinstoff. Beim Sieden bildet die Temperaturkurve einen Haltepunkt bei 100 °C: Die Herdplatte führt weiter Energie zu, diese wird aber gebraucht, um das flüssige Wasser in Wasserdampf zu verwandeln — die Teilchen lösen sich voneinander. Deshalb steigt die Temperatur nicht. Salzwasser ist dagegen ein Gemisch. Gemische haben keinen scharfen Haltepunkt, sondern einen Siedebereich: Während Wasser verdampft, wird die Lösung immer salziger, und die Temperatur steigt beim Sieden langsam weiter.

Musterlösung: Ich bestimme zuerst die Dichte: Ich stelle einen leeren Messzylinder auf die Waage und stelle sie auf null, fülle 50 mL der Flüssigkeit ein und lese die Masse ab. Wasser ergibt etwa 50 g (1,0 g/cm³), Ethanol nur etwa 39,5 g (0,79 g/cm³). Als zweiten Kennwert messe ich die Siedetemperatur: Ich erhitze eine kleine Probe im Wasserbad mit Siedesteinchen und lese am Thermometer den Haltepunkt ab — Ethanol siedet bei 78 °C, Wasser erst bei 100 °C. Weil Ethanol leicht entzündlich ist, arbeite ich ohne offene Flamme und mit Schutzbrille. Stimmen beide Kennwerte überein, ist die Zuordnung sicher.

Musterlösung: Die Behauptung ist falsch: Beide Portionen haben die Masse 1 kg und sind damit gleich schwer. Richtig ist nur, dass Blei die viel größere Dichte hat (11,3 g/cm³, Styropor nur etwa 0,02 g/cm³). Die Dichte sagt aber, wie viel Masse in 1 cm³ steckt — nicht, wie schwer eine ganze Portion ist. Die größere Dichte bewirkt nur, dass 1 kg Blei ein viel kleineres Volumen einnimmt als 1 kg Styropor. Paul verwechselt also „schwer“ mit „dicht“.

Musterlösung: Lenas Volumenmessung ist gut, weil der schmale Zylinder eine feine Skala hat (20 mL, auf etwa 0,5 mL genau). Ihre Masse ist aber zu groß, weil sie den nassen Kiesel gewogen hat — daher ist ihre Dichte zu groß. Ole hat die Masse richtig bestimmt, doch sein breiter Zylinder mit 5-mL-Skala lässt nur ein grobes Ablesen zu: Das Volumen könnte auch 18 mL oder 22 mL sein, die Dichte also zwischen etwa 2,5 und 3,0 g/cm³ liegen. Sein Ergebnis stimmt nur zufällig gut. Keine der beiden Messungen ist wirklich zuverlässig. Am besten: erst trocken wiegen, dann im schmalen Messzylinder eintauchen, auf Augenhöhe am unteren Meniskusrand ablesen und mehrmals messen.

Musterlösung: Das heiße Kupfer reagiert nur mit dem Sauerstoff der Luft, der etwa 21 % ausmacht. Aus 100 mL Luft werden also höchstens 21 mL verbraucht. Ist der Sauerstoff aufgebraucht, bleiben rund 79 mL übrig — vor allem Stickstoff, dazu Edelgase und etwas Kohlenstoffdioxid, die nicht mit dem Kupfer reagieren. Weiteres Schieben ändert daran nichts. Abgelesen wird erst nach dem Abkühlen, weil sich warmes Gas ausdehnt und ein zu großes Volumen vortäuschen würde; man würde dann einen zu kleinen Sauerstoffanteil berechnen.

Musterlösung: Dass Luft farblos und geruchlos ist, beweist nichts, denn auch Gemische können einheitlich aussehen. Im Kolbenprober-Versuch reagiert nur etwa ein Fünftel der Luft mit heißem Kupfer, der Rest nicht — die Luft enthält also mindestens zwei verschiedene Stoffe (Sauerstoff und Stickstoff). Außerdem hat flüssige Luft keine feste Siedetemperatur, sondern siedet in einem Bereich von etwa −196 °C bis −183 °C; ein Reinstoff hätte einen scharfen Haltepunkt. Luft ist daher ein Gasgemisch.

Musterlösung: Der glimmende Span flammt hell auf. Nach der Glimmspanprobe ist damit Sauerstoff nachgewiesen, und zwar mit einem Anteil deutlich über dem der Luft (21 %) — in Luft würde der Span nur weiterglimmen. Da das Reagenzglas vorher mit Wasser gefüllt war, stammt das Gas von der Pflanze. Die Pflanze hat im Sonnenlicht also Sauerstoff abgegeben. Nicht verbrannt ist dabei das Gas selbst: Es fördert nur die Verbrennung des Holzspans.

Musterlösung: Bei der Gärung entsteht Kohlenstoffdioxid. Es ist farblos und geruchlos, man bemerkt es also nicht. Weil es schwerer als Luft ist (etwa 1,8 g/L statt 1,2 g/L), sammelt es sich am Boden des Kellers. Kohlenstoffdioxid verdrängt dort die Luft; eine Flamme erstickt darin. Hält der Winzer die Kerze tief, erlischt sie, sobald sich unten zu viel Kohlenstoffdioxid gesammelt hat — noch bevor der Kopf in die gefährliche Schicht kommt. Die Kerze ist also ein Warnsignal. Ein Nachweis für Kohlenstoffdioxid ist das Erlöschen allerdings nicht; es zeigt nur Sauerstoffmangel.

Musterlösung: Die Werbung ist fachlich falsch. Watesmo-Papier weist Wasser nach: Es wird blau, sobald überhaupt Wasser vorhanden ist — ein Tropfen färbt es genauso blau wie viel Wasser. Der Test sagt also nur, dass der Honig Wasser enthält, nicht wie viel. Um den Wasseranteil zu bestimmen, braucht man eine Mengenbestimmung: Honig wiegen, das Wasser entfernen und erneut wiegen — die fehlende Masse ist das Wasser. Ob der Honig „kaum Wasser“ enthält, ist mit dem Watesmo-Test daher nicht bewiesen.

Musterlösung: Zuerst halte ich in jeden Zylinder einen glimmenden Span. Flammt er hell auf, ist Sauerstoff nachgewiesen. In den beiden anderen Zylindern erlischt der Span — das zeigt nur, dass dort Sauerstoff fehlt. Deshalb leite ich danach Gas aus diesen beiden Zylindern durch klares Kalkwasser (oder schüttle es mit Kalkwasser). Wird es milchig-trüb, ist Kohlenstoffdioxid nachgewiesen. Im letzten Zylinder bleibt das Kalkwasser klar; dort ist Stickstoff — ihn erkenne ich hier nur durch Ausschluss, weil kein eigener Nachweis vorhanden ist. Wichtig: Zylinder erst unmittelbar vor der Probe öffnen, damit sich kein Gas mit Luft mischt.