Warnhinweis auf dem Chlorreiniger
AFB I–IIAuf chlorhaltigen Sanitärreinigern (Wirkstoff Natriumhypochlorit, \(\ce{NaOCl}\)) steht: „Nicht zusammen mit anderen Produkten verwenden. Kann gefährliche Gase (Chlor) freisetzen.“ Mischt man den Reiniger mit einem salzsäurehaltigen Entkalker, entweicht ein gelbgrünes, stechend riechendes Gas.
- Bestimmen Sie die Oxidationszahl des Chlors in \(\ce{OCl-}\), \(\ce{Cl-}\) und \(\ce{Cl2}\).
- Formulieren Sie die Teilgleichungen für Oxidation und Reduktion in saurer Lösung.
- Stellen Sie die Gesamtgleichung auf und nennen Sie den Reaktionstyp.
- Beurteilen Sie den Warnhinweis unter Einbezug der Reaktionsbedingungen.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(\ce{OCl-}\): +I; \(\ce{Cl-}\): −I; \(\ce{Cl2}\): 0.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Oxidation: \(\ce{2 Cl- -> Cl2 + 2 e-}\). Reduktion: \(\ce{2 OCl- + 4 H+ + 2 e- -> Cl2 + 2 H2O}\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Addition und Kürzen durch 2: \(\ce{OCl- + Cl- + 2 H+ -> Cl2 + H2O}\). Komproportionierung (Synproportionierung): +I und −I ergeben 0.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Der Hinweis ist berechtigt: In alkalischer Reinigerlösung liegen OCl⁻ und Cl⁻ nebeneinander stabil vor; erst durch H⁺ aus dem Entkalker (Säure) läuft die Komproportionierung ab — die Gleichung zeigt, dass H⁺ als Edukt nötig ist. Chlor ist giftig und reizt die Atemwege, in kleinen Badräumen entstehen schnell gefährliche Konzentrationen.
Leiterplatten ätzen
AFB II–IIIBei der Herstellung von Leiterplatten wird überschüssiges Kupfer von einer kupferbeschichteten Platte weggeätzt; die Leiterbahnen sind durch Lack geschützt. Zwei gängige Verfahren:
| Ätzverfahren | Ätzlösung | Beobachtung |
|---|---|---|
| A | Eisen(III)-chlorid-Lösung | gelbbraune Lösung wird grünlich, Kupfer löst sich |
| B | Wasserstoffperoxid und Salzsäure | farblose Lösung wird blau, Kupfer löst sich |
\(M(\ce{Cu}) = 63{,}55\,\text{g/mol}\), \(M(\ce{H2O2}) = 34{,}01\,\text{g/mol}\).
- Formulieren Sie für Verfahren A die Teilgleichungen und die Gesamtgleichung.
- Stellen Sie die Redoxgleichung für Verfahren B auf.
- Berechnen Sie die Masse an Wasserstoffperoxid-Lösung (w = 30 %), die zum Ätzen von 10,0 g Kupfer mindestens nötig ist.
- Beurteilen Sie, ob sich die verbrauchte Ätzlösung A mit Wasserstoffperoxid regenerieren lässt, und begründen Sie mit einer Redoxgleichung.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Oxidation: \(\ce{Cu -> Cu^2+ + 2 e-}\). Reduktion: \(\ce{Fe^3+ + e- -> Fe^2+}\) (× 2). Gesamt: \(\ce{Cu + 2 Fe^3+ -> Cu^2+ + 2 Fe^2+}\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Oxidation: \(\ce{Cu -> Cu^2+ + 2 e-}\). Reduktion: \(\ce{H2O2 + 2 H+ + 2 e- -> 2 H2O}\). Gesamt: \(\ce{Cu + H2O2 + 2 H+ -> Cu^2+ + 2 H2O}\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(n(\ce{Cu}) = \frac{10{,}0\,\text{g}}{63{,}55\,\text{g/mol}} = 0{,}157\,\text{mol} = n(\ce{H2O2})\); \(m(\ce{H2O2}) = 0{,}157\,\text{mol} \cdot 34{,}01\,\text{g/mol} = 5{,}35\,\text{g}\); \(m(\text{Lösung}) = \frac{5{,}35\,\text{g}}{0{,}30} \approx 17{,}8\,\text{g}\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Ja: H₂O₂ oxidiert Fe²⁺ in saurer Lösung: \(\ce{2 Fe^2+ + H2O2 + 2 H+ -> 2 Fe^3+ + 2 H2O}\) (Elektronen: 2 · 1 = 2). Die Lösung wird wieder ätzfähig; allerdings reichert sich Cu²⁺ an, sodass sie irgendwann aufgearbeitet werden muss. Da nur Wasser als Nebenprodukt entsteht, ist die Regeneration ökologisch günstig.