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Übung — AFB II (Anwenden)

Zehn Sachaufgaben zu Metallen, Erzen und Katalysatoren — rechnen in mehreren Schritten.

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Aufgabenblock — AFB II

Zehn Sachaufgaben aus dem ganzen Kapitel: erst die Situation übersetzen, dann in mehreren Schritten rechnen — mit gestuften Tipps, wenn du nicht weiterkommst.

A1
Grillanzünder aus Eisen?
AFB II

Ein Stahlwollebausch (8,4 g) wird als Anzünder verbrannt. Danach wiegt der Rest 11,6 g.

a) Wie viel Sauerstoff wurde gebunden? b) Wie viel Oxid entstünde aus 21 g Stahlwolle, wenn das Verhältnis gleich bleibt?

g
g
Ansatz: Differenz bilden; dann mit dem Faktor 21 : 8,4 = 2,5 hochrechnen.
Rechenweg: a) 11,6 − 8,4. b) 11,6 g · 2,5.
Lösung: a) 3,2 g b) 29 g
Vollständige Lösung
a) 11,6 g − 8,4 g = 3,2 g Sauerstoff. b) 21 g ist das 2,5-Fache von 8,4 g, also 2,5 · 11,6 g = 29 g Oxid.
A2
Silber aus Silberoxid
AFB II

Silberoxid zerfällt beim Erhitzen in Silber und Sauerstoff. Aus 11,6 g Silberoxid entstehen 10,8 g Silber.

a) Wie viel Sauerstoff entweicht? b) Wie viel Silber erhält man aus 29 g Silberoxid?

g
g
Ansatz: Differenz; dann Dreisatz über das feste Verhältnis.
Rechenweg: a) 11,6 − 10,8. b) 29 : 11,6 = 2,5; 2,5 · 10,8.
Lösung: a) 0,8 g b) 27 g
Vollständige Lösung
a) 0,8 g Sauerstoff entweichen. b) 29 g = 2,5 · 11,6 g, also 2,5 · 10,8 g = 27 g Silber.
A3
Thermit-Portion
AFB II

Für eine Schienenschweißung mischt man Eisenoxid und Aluminium im Massenverhältnis 3 : 1. Die Mischung wiegt 12 kg.

a) Wie viel Eisenoxid enthält sie? b) Wie viel Aluminium?

kg
kg
Ansatz: 3 + 1 = 4 Teile.
Rechenweg: 12 kg : 4 = 3 kg pro Teil.
Lösung: a) 9 kg b) 3 kg
Vollständige Lösung
4 Teile à 3 kg: 3 · 3 kg = 9 kg Eisenoxid, 1 · 3 kg = 3 kg Aluminium.
A4
Hochofen-Bilanz
AFB II

Ein Hochofen setzt pro Tag 13 000 t Erz mit 60 % Eisenanteil ein. Das Roheisen enthält 96 % Eisen (Rest vor allem Kohlenstoff).

a) Wie viel Eisen steckt im Erz? b) Wie viel Roheisen entsteht daraus höchstens?

t
t
Ansatz: a) 60 % von 13 000 t. b) Das Eisen macht 96 % des Roheisens aus.
Rechenweg: a) 0,6 · 13 000. b) 7800 : 0,96.
Lösung: a) 7800 t b) 8125 t
Vollständige Lösung
a) 7800 t Eisen. b) 7800 t sind 96 % des Roheisens: 7800 t : 0,96 = 8125 t — der Rest ist vor allem Kohlenstoff aus dem Koks.
A5
Energiediagramm mit Katalysator
AFB II

Ohne Katalysator: Edukte 20 kJ, Gipfel 150 kJ, Produkte −80 kJ. Mit Katalysator liegt der Gipfel bei 70 kJ.

a) EA ohne Katalysator? b) EA mit Katalysator? c) Frei werdende Energie mit Katalysator?

kJ
kJ
kJ
Ansatz: EA = Gipfel − Edukte; ΔE = Edukte − Produkte.
Rechenweg: a) 150 − 20 b) 70 − 20 c) 20 − (−80).
Lösung: a) 130 kJ b) 50 kJ c) 100 kJ
Vollständige Lösung
Der Katalysator senkt EA um 80 kJ, die frei werdende Energie bleibt mit 100 kJ gleich.
A6
Rostschutz rechnen
AFB II

Ein Stahlblech verliert ungeschützt 0,1 mm Dicke pro Jahr, mit Verzinkung nur 0,004 mm. Die zulässige Abnahme beträgt 1,2 mm.

a) Nach wie vielen Jahren ist das ungeschützte Blech am Limit? b) Und das verzinkte?

Jahre
Jahre
Ansatz: Zulässige Abnahme : Abnahme pro Jahr.
Rechenweg: a) 1,2 : 0,1 b) 1,2 : 0,004.
Lösung: a) 12 Jahre b) 300 Jahre
Vollständige Lösung
Die Zinkschicht verlängert die Lebensdauer um das 25-Fache.
A7
Reduktion mit Wasserstoff
AFB II

4,00 g Kupferoxid werden im Wasserstoffstrom erhitzt. Der Rückstand wiegt danach 3,20 g.

a) Wie viel Sauerstoff hat der Wasserstoff aufgenommen? b) Wie viel Wasser ist entstanden, wenn 1 g Sauerstoff 1,125 g Wasser ergibt?

g
g
Ansatz: Differenz, dann mit 1,125 multiplizieren.
Rechenweg: a) 4,00 − 3,20. b) 0,8 · 1,125.
Lösung: a) 0,80 g b) 0,90 g
Vollständige Lösung
Der Sauerstoff steckt jetzt im Wasser: 0,80 g O ergeben 0,90 g Wasser (0,10 g Wasserstoff kommen dazu).
A8
Kohle im Grill
AFB II

12 g Holzkohle verbrennen mit 32 g Sauerstoff vollständig zu Kohlenstoffdioxid.

a) Wie viel Kohlenstoffdioxid entsteht? b) Wie viel Sauerstoff brauchen 3 g Holzkohle?

g
g
Ansatz: Masse bleibt erhalten; Verhältnis 12 : 32.
Rechenweg: a) 12 + 32. b) 32 · 3/12.
Lösung: a) 44 g b) 8 g
Vollständige Lösung
Das unsichtbare Gas wiegt mehr als die Kohle — weil Sauerstoff dazukommt.
A9
Wasserstoffperoxid zerfällt
AFB II

Ohne Katalysator entstehen 0,5 mL Sauerstoff pro Minute, mit Kartoffelscheibe 20 mL pro Minute.

a) Um welchen Faktor ist die Reaktion schneller? b) Wie lange dauert es mit Kartoffel für 100 mL?

min
Ansatz: Verhältnis der Raten; Menge : Rate.
Rechenweg: a) 20 : 0,5 b) 100 : 20.
Lösung: a) 40 b) 5 min
Vollständige Lösung
Das Enzym Katalase beschleunigt den Zerfall um das 40-Fache.
A10
Magnesium im Feuerwerk
AFB II

Ein Feuerwerkskörper enthält 4,8 g Magnesiumpulver. Magnesium und Sauerstoff reagieren im Massenverhältnis 3 : 2.

a) Wie viel Sauerstoff wird gebunden? b) Wie viel Magnesiumoxid entsteht?

g
g
Ansatz: 3 Teile = 4,8 g.
Rechenweg: 1 Teil = 1,6 g; Sauerstoff = 2 Teile.
Lösung: a) 3,2 g b) 8,0 g
Vollständige Lösung
4,8 g + 3,2 g = 8,0 g Magnesiumoxid.