Aufgabenblock — AFB III
Begründen statt nur rechnen: Vorhersagen treffen, Aussagen prüfen und eigene Erklärungen formulieren, bevor du die Musterlösung aufklappst.
Begründe, warum Stahlwolle beim Verbrennen schwerer wird, eine Kerze aber leichter.
Hinweis: Vergleiche die Produkte: fest oder gasförmig?
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Musterlösung: Bei der Stahlwolle verbindet sich Eisen mit Sauerstoff aus der Luft zu festem Eisenoxid — der Sauerstoff kommt hinzu, die Masse steigt. Bei der Kerze entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf, die als Gase entweichen. Im offenen Gefäß wird die Kerze deshalb leichter; im geschlossenen blieben beide Massen gleich.
Erläutere am Beispiel „Bleioxid + Zink → Blei + Zinkoxid“ die Begriffe Oxidationsmittel und Reduktionsmittel.
Hinweis: Verfolge den Sauerstoff.
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Musterlösung: Bleioxid gibt Sauerstoff an das Zink ab: Es oxidiert das Zink und ist daher das Oxidationsmittel; dabei wird es selbst zu Blei reduziert. Zink nimmt den Sauerstoff auf, reduziert damit das Bleioxid und ist das Reduktionsmittel; es selbst wird zu Zinkoxid oxidiert.
Beurteile die Aussage: „Mit Kupferpulver kann man aus Zinkoxid Zink gewinnen.“
Hinweis: Affinitätsreihe: Kupfer steht links von Zink.
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Musterlösung: Die Aussage ist falsch. Kupfer hat eine kleinere Affinität zu Sauerstoff als Zink. Es kann dem Zinkoxid den Sauerstoff nicht entziehen; die Reaktion läuft nicht ab. Umgekehrt würde Zink Kupferoxid reduzieren.
Erkläre , warum Aluminium trotz großer Affinität zu Sauerstoff kaum korrodiert, Eisen aber durchrostet.
Hinweis: Vergleiche die Oxidschichten.
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Musterlösung: Aluminium reagiert sofort mit Sauerstoff, bildet aber eine dünne, dichte Oxidschicht, die fest haftet und weiteren Sauerstoff abhält. Rost ist porös und blättert ab, sodass Wasser und Sauerstoff immer wieder frisches Eisen erreichen.
Überprüfe die Aussage: „Ein Katalysator liefert Energie, deshalb läuft die Reaktion schneller.“
Hinweis: Zeichne beide Energiediagramme übereinander.
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Musterlösung: Die Aussage ist falsch. Ein Katalysator liefert keine Energie und wird nicht verbraucht. Er senkt die Aktivierungsenergie, sodass mehr Teilchen genug Energie zum Reagieren haben. Die frei werdende Energie bleibt gleich.
Erkläre mithilfe von Zerteilungsgrad und Aktivierungsenergie, warum Mehlstaub explodieren kann, Mehl im Sack aber nicht brennt.
Hinweis: Oberfläche!
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Musterlösung: Als Staub ist jedes Mehlkörnchen von Luft umgeben. Die riesige Oberfläche und die kleine Masse jedes Körnchens sorgen dafür, dass schon ein Funke genügt und sehr viele Teilchen gleichzeitig reagieren. Die Energie wird schlagartig frei. Im Sack hat nur die Oberfläche Kontakt mit Luft.
Beurteile den Vorschlag, im Hochofen Wasserstoff statt Koks als Reduktionsmittel zu verwenden.
Hinweis: Produkte vergleichen, Energiequelle bedenken.
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Musterlösung: Vorteil: Aus Wasserstoff entsteht nur Wasser statt Kohlenstoffdioxid. Nachteil: Wasserstoff muss mit viel Strom hergestellt werden; nur mit Ökostrom ist das klimafreundlich. Außerdem liefert Koks im Hochofen auch Wärme. Insgesamt sinnvoll, wenn genug erneuerbarer Strom verfügbar ist.
Entwickle einen Versuch, mit dem man zeigt, dass ein Stoff als Katalysator wirkt und nicht verbraucht wird.
Hinweis: Zwei Nachweise nötig.
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Musterlösung: Zwei gleiche Portionen Wasserstoffperoxid: eine ohne, eine mit einer abgewogenen Menge des Stoffs. Die Gasentwicklung vergleichen (Glimmspanprobe weist Sauerstoff nach). Danach den Stoff abfiltrieren, trocknen und wiegen: gleiche Masse. Er beschleunigt und wird nicht verbraucht — ein Katalysator.
Erläutere , warum Gold in der Natur gediegen vorkommt, Eisen aber fast nur als Erz.
Hinweis: Affinität und Zeit.
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Musterlösung: Gold hat eine sehr kleine Affinität zu Sauerstoff und reagiert praktisch nicht; es liegt deshalb als Metall vor. Eisen verbindet sich leicht mit Sauerstoff (und Wasser), sodass es über lange Zeit fast vollständig zu Oxiden reagiert hat — es muss aus Erz reduziert werden.
Stelle dar, welche Oxidationen und Reduktionen in einem Dreiwegekatalysator gleichzeitig ablaufen.
Hinweis: Drei Schadstoffe.
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Musterlösung: Kohlenstoffmonooxid und Kohlenwasserstoffe werden oxidiert (nehmen Sauerstoff auf) zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Stickstoffoxide werden reduziert (geben Sauerstoff ab) zu Stickstoff. Der Sauerstoff aus den Stickstoffoxiden kann dabei direkt das Kohlenstoffmonooxid oxidieren — eine Redoxreaktion am Platin.