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Die Reduktion

Vom Bleiglanz der Römer bis zum grünen Stahl mit Wasserstoff.

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Zinn aus dem Erz

AFB I–II

Schon in der Bronzezeit gewann man Zinn aus dem Erz Zinnstein (Zinnoxid). Man erhitzte das Erz zusammen mit Holzkohle in einer Grube.

  1. Stelle die Wortgleichung für die Gewinnung von Zinn auf.
  2. Ordne den Begriffen „reduziert“ und „Reduktionsmittel“ die passenden Stoffe zu.
  3. Erkläre, warum die Masse des festen Rückstands nach der Reaktion kleiner ist als die Masse des Erzes.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Welcher Stoff nimmt den Sauerstoff auf? Was entsteht dabei?
Hinweis zu Aufgabe b)
Wer gibt Sauerstoff ab, wer nimmt ihn auf?
Hinweis zu Aufgabe c)
Wohin gelangt der Sauerstoff?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Zinnoxid + Kohlenstoff → Zinn + Kohlenstoffdioxid.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Zinnoxid wird reduziert (gibt Sauerstoff ab); Holzkohle (Kohlenstoff) ist das Reduktionsmittel.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Der Sauerstoff aus dem Zinnoxid wird an den Kohlenstoff gebunden. Das entstehende Kohlenstoffdioxid ist ein Gas und entweicht. Übrig bleibt nur das Zinn — deshalb ist der Rückstand leichter.

2

Stahl mit Wasserstoff

AFB II–III

Stahlwerke wollen künftig Eisenerz (Eisenoxid) nicht mehr mit Koks, sondern mit Wasserstoff reduzieren. Der Wasserstoff soll mit Strom aus Wind- und Sonnenenergie hergestellt werden.

  1. Stelle die Wortgleichungen für die Reduktion von Eisenoxid mit Kohlenstoff und mit Wasserstoff auf.
  2. Vergleiche die beiden Verfahren im Hinblick auf die Nebenprodukte.
  3. Beurteile, ob Stahl mit Wasserstoff in jedem Fall klimafreundlich ist.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Welches Oxid entsteht jeweils aus dem Reduktionsmittel?
Hinweis zu Aufgabe b)
Welches Nebenprodukt ist klimaschädlich?
Hinweis zu Aufgabe c)
Woher kommt die Energie für die Herstellung des Wasserstoffs?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Eisenoxid + Kohlenstoff → Eisen + Kohlenstoffdioxid; Eisenoxid + Wasserstoff → Eisen + Wasser.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Beide liefern Eisen. Mit Kohlenstoff entsteht Kohlenstoffdioxid, das den Treibhauseffekt verstärkt; mit Wasserstoff entsteht nur Wasser(dampf).

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Nur wenn der Wasserstoff mit Strom aus erneuerbaren Quellen erzeugt wird. Stammt der Strom aus Kohle- oder Gaskraftwerken, entsteht das Kohlenstoffdioxid an anderer Stelle. Dann ist das Verfahren kaum klimafreundlicher.