Nägel, Tropfen, Spalten und Streusalz — zehn Übungen dazu, wer beim Rosten die Elektronen abnimmt.
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Übungsaufgaben
Zehn Übungen von AFB I bis AFB III — jede gibt dir sofort Rückmeldung, bei Schwierigkeiten helfen zwei gestufte Tipps.
A1
Aussagen zum Rosten
AFB I
Entscheiden Sie, ob die Aussage zutrifft.
Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Rosten braucht Wasser (Elektrolyt) und Sauerstoff; Rost ist Eisen(III) und bildet keine schützende Schicht.
Ansatz: Welche Stoffe braucht die Sauerstoffkorrosion?
Weiter: Welche Oxidationsstufe hat Eisen in FeO(OH)?
A2
Folgereaktionen zuordnen
AFB I
Ordnen Sie jeder Eduktseite die passende Produktseite zu.
Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Nur die Reaktion mit H₃O⁺ ist ein Korrosionsschritt am Metall; die übrigen sind Folgereaktionen in Lösung bzw. der Nachweis von Fe²⁺ (Blaufärbung).
Ansatz: Achten Sie auf die Oxidationsstufe des Eisens.
Weiter: Die Entwässerung von FeO(OH) liefert Fe₂O₃.
A3
Nagel-Versuchsreihe
AFB I
Blanke Eisennägel werden eine Woche lang gelagert. Bestimmen Sie, welche Korrosion jeweils überwiegend abläuft.
Setze in jeder Zeile das passende Kreuz — hier ist es genau eins pro Zeile. Enter setzt und löscht.
Lagerung
keine
O₂-Korr.
Säure-Korr.
trockene Luft über Calciumchlorid
abgekochtes Wasser unter Ölschicht
Leitungswasser, offen
Kochsalzlösung, offen
Salzsäure (pH 1), luftfrei
Abgekochtes Wasser enthält kaum O₂, die Ölschicht verhindert Nachlösen; bei pH ≈ 7 ist H₃O⁺ als Oxidationsmittel zu schwach. In der luftfreien Salzsäure bleibt nur H₃O⁺.
Ansatz: Fehlt Wasser, Sauerstoff oder beides?
Weiter: Säurekorrosion braucht keinen Sauerstoff.
A4
Vom Eisen zum Rost
AFB II
Beschreiben Sie die Rostbildung mit den passenden Fachbegriffen.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
An der Anodenstelle gehen in Lösung. An der Kathodenstelle entstehen . Beide reagieren zu . Gelöster oxidiert diesen Niederschlag zu Eisen(III)-oxidhydroxid. Weil die Rostschicht ist, schützt sie das Metall nicht.
„Wasserstoff“ entsteht nur bei der Säurekorrosion; „dicht“ beschreibt Schutzschichten wie Aluminiumoxid, nicht Rost.
Ansatz: Welche Ionen entstehen an der Anoden-, welche an der Kathodenstelle?
Weiter: Rost blättert ab.
A5
Mix: Triebkraft mit Nernst
AFB II
Ein Eisenblech liegt in belüftetem Wasser (pH = 7, \(c(\ce{Fe^2+}) = 0{,}01\,\text{mol/L}\), \(p = 1\,\text{bar}\), 25 °C). Berechnen Sie mit der Nernst-Gleichung (4.2.6) schrittweise (\(E^\circ(\ce{Fe^2+}/\ce{Fe}) = -0{,}41\,\text{V}\), \(E^\circ(\ce{O2}/\ce{OH-}) = 1{,}23\,\text{V}\) bei pH 0).
Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
\(E(\ce{Fe^2+}/\ce{Fe})\) =V
\(E(\ce{O2}/\ce{OH-})\) bei pH 7 =V
\(E(\ce{H3O+}/\ce{H2})\) bei pH 7 =V
Spannung des Lokalelements mit O₂ \(\Delta E\) =V
\(E(\ce{Fe}) = -0{,}41 + \tfrac{0{,}059}{2}\lg 0{,}01 = -0{,}47\,\text{V}\); \(E(\ce{O2}) = 1{,}23 - 0{,}059 \cdot 7 = 0{,}82\,\text{V}\); \(E(\ce{H}) = -0{,}059 \cdot 7 = -0{,}41\,\text{V}\); \(\Delta E = 0{,}82 - (-0{,}47) = 1{,}29\,\text{V}\). Mit H₃O⁺ wären es nur 0,06 V — typischer Fehler: E° (pH 0) statt des Werts bei pH 7 einsetzen.
Ansatz: Für Fe²⁺/Fe ist z = 2.
Weiter: Beide pH-abhängigen Potenziale sinken um 0,059 V pro pH-Einheit.
A6
Tropfenversuch nach Evans
AFB II
Auf ein blank geschliffenes Eisenblech wird ein Tropfen Kochsalzlösung mit Phenolphthalein und rotem Blutlaugensalz gesetzt. Erläutern Sie die Beobachtungen, indem Sie die Schritte ordnen.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Am Tropfenrand ist der Weg für nachdiffundierenden Sauerstoff kurz.
2Der Rand wird Kathodenbereich: O₂ wird zu OH⁻ reduziert — Phenolphthalein färbt sich rosa.
3Die sauerstoffarme Tropfenmitte wird Anodenbereich: Eisen geht als Fe²⁺ in Lösung — Blaufärbung.
4Elektronen fließen im Blech von der Mitte zum Rand.
5Zwischen Mitte und Rand treffen Fe²⁺ und OH⁻ aufeinander: Es bildet sich ein brauner Rostring.
Ein Belüftungselement: Nicht die O₂-reiche, sondern die O₂-arme Stelle wird angegriffen.
Ansatz: Wo gelangt am meisten Sauerstoff hin?
Weiter: Rosa zeigt OH⁻, Blau zeigt Fe²⁺.
A7
Sauerstoffbedarf beim Rosten
AFB II
Ermitteln Sie das Volumen Sauerstoff, das verbraucht wird, wenn 1,00 g Eisen vollständig zu FeO(OH) rostet (\(M(\ce{Fe}) = 55{,}85\,\text{g/mol}\), \(V_m = 24{,}0\,\text{L/mol}\)).
Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Deuten Sie die Belüftungselemente: Ist die genannte Stelle Anoden- oder Kathodenbereich?
Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Anodenbereich
2Kathodenbereich
Immer gilt: Wo weniger Sauerstoff hinkommt, liegt die Anode. Die gut belüftete Stelle wird zur Kathode und bleibt verschont.
Ansatz: Wohin kann Sauerstoff leicht nachdiffundieren?
Weiter: Die O₂-arme Stelle gibt Elektronen ab.
A9
Streusalz und Autos
AFB III
Überprüfen Sie die Erklärung eines Schülers, warum Autos im Winter stärker rosten, und markieren Sie die falschen Zeilen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Salz ist kein Oxidationsmittel — es beschleunigt, weil es den Elektrolyten verbessert und Schutzschichten schwächt.
Ansatz: Welches Teilchen nimmt die Elektronen auf?
Weiter: Drei Zeilen sind falsch.
A10
Trickaufgabe: Eisen in luftfreiem Wasser
AFB III
Ein Eisennagel liegt in ausgekochtem, luftfrei verschlossenem Wasser (pH = 7). Beurteilen Sie die Aussagen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
E°(Fe²⁺/Fe) = −0,41 V liegt unter 0 V — Eisen ist unedler als Wasserstoff. Bei pH 7 ist aber auch E(H₃O⁺/H₂) auf −0,41 V gesunken, die Triebkraft fehlt (dazu kommt die H₂-Überspannung). In Salzsäure ist E(H₃O⁺/H₂) ≈ 0 V: Säurekorrosion läuft auch ohne Luft.
Ansatz: Standardpotenzial und pH-abhängiges Potenzial unterscheiden.
