MINT lernen

Die Affinitätsreihe

Vorhersagen statt ausprobieren — mit der Reihe der Metalle.

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Das Chemie-Rätsel

AFB I–II

Eine Lehrkraft hat drei unbeschriftete Metallpulver X, Y und Z. Sie erhitzt jedes Pulver mit den Oxiden der anderen: X reagiert mit dem Oxid von Y und mit dem Oxid von Z. Y reagiert nur mit dem Oxid von Z. Z reagiert mit keinem der Oxide.

  1. Ordne die drei Metalle nach zunehmender Affinität zu Sauerstoff.
  2. Begründe deine Reihenfolge mit den Versuchsergebnissen.
  3. Stelle eine Vermutung auf, welche Metalle es sein könnten, wenn eines davon Kupfer und eines Magnesium ist.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Wer die meisten Oxide reduziert, ist am unedelsten.
Hinweis zu Aufgabe b)
Ein Metall reduziert nur Oxide edlerer Metalle.
Hinweis zu Aufgabe c)
Wo stehen Kupfer und Magnesium in der Reihe?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Z (edelstes) · Y · X (unedelstes).

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

X reduziert beide anderen Oxide, ist also unedler als Y und Z. Y reduziert nur das Oxid von Z, ist also unedler als Z, aber edler als X. Z reduziert nichts und ist am edelsten.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Magnesium ist sehr unedel → X. Kupfer ist edel → Z (oder Y). Passend wäre z. B. X = Magnesium, Y = Eisen oder Zink, Z = Kupfer.

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Metalle der Menschheitsgeschichte

AFB II–III

Die Menschen kannten zuerst Gold, später Kupfer und Bronze, dann Eisen. Aluminium wurde erst im 19. Jahrhundert gewonnen und war anfangs teurer als Gold.

  1. Erkläre diese Reihenfolge mithilfe der Affinitätsreihe.
  2. Beurteile die Aussage: „Aluminium rostet nicht, also ist es ein Edelmetall.“
  3. Entwickle einen Versuch, mit dem man zeigen kann, dass Aluminium unedler ist als Eisen.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Wie schwer ist es, dem Metalloxid den Sauerstoff zu entziehen?
Hinweis zu Aufgabe b)
Wo steht Aluminium in der Reihe? Was ist die Schutzschicht?
Hinweis zu Aufgabe c)
Welche Mischung müsste reagieren?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Gold kommt gediegen vor und musste nicht reduziert werden. Kupfer lässt sich mit Holzkohle bei niedrigen Temperaturen reduzieren, Eisen erst bei höheren Temperaturen. Aluminium hat eine so große Affinität zu Sauerstoff, dass Kohlenstoff nicht ausreicht — erst mit elektrischem Strom gelang die Gewinnung.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Falsch: Aluminium ist sehr unedel und reagiert schnell mit Sauerstoff. Es bildet aber sofort eine dünne, dichte Oxidschicht, die das Metall darunter schützt. Deshalb wirkt es beständig.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Aluminiumpulver mit Eisenoxid mischen und (im Freien, durch die Lehrkraft) zünden: Die heftige Reaktion (Thermit) zeigt, dass Aluminium dem Eisenoxid den Sauerstoff entzieht. Gegenprobe: Eisenpulver mit Aluminiumoxid erhitzen — keine Reaktion.