Arbeitsheft «Chemie plus» Klassen 7/8 Brandenburg ...absatz-dtp-service.de/pdf/Platz5_Chemie_Plus_Inhalt.pdf · Stoffe und Stoffgemische 3 4 Gefahrensymbole Ordne den Gefahrensymbolen

Arbeitsheft «Chemie plus»Klassen 7/8

Brandenburg

Cornelsen Verlag GmbH

Stoffe und Stoffgemische 1

Arbeiten im Chemielabor

Grundwissen

In der Chemie wird viel experimentiert, teilweise auch mit gefährlichen Chemikalien. Um Unfälle oder

Vergiftungen zu vermeiden, musst du die Sicherheitsvorschriften beachten, dich im Chemieraum gut aus-

kennen und mit den wichtigsten Laborgeräten vertraut machen.

1 Laborgeräte

Beschrifte die Laborgeräte.

Saure und

alkalische

Abfälle

IGiftige

anorganische

Abfälle

II

2 Grundregeln zum Experimentieren

a) Notiere zu den Bildern die jeweilige Grundregel.

2 Stoffe und Stoffgemische

3 Umgang mit dem Brenner

a) Beschrifte die Teile des

Brenners. Zeichne den Weg

des Gases und der

Luft im Brenner ein.

b) Beschreibe in Stichworten, wie der von dir benutzte Brenner funktioniert.

Entzünden des Brenners und Einstellen der Leuchtflamme:

Einstellen der Heizflamme:

c) Nenne Regeln für den Umgang mit dem Brenner.

–

–

–

–

–

d) Ordne der rauschenden Brennerflamme folgende Begriffe und Temperaturen zu:

Außenkegel, Innenkegel, heißeste Zone, 1200 °C, 1500 °C, 300 °C.


4 Gefahrensymbole

Ordne den Gefahrensymbolen folgende Kennbuchstaben und ihre Bedeutung zu:

Kennbuchstaben: C, E, F+, F, N, O, T+, T, Xn, Xi

Bedeutung: ätzend, brandfördernd, explosionsgefährlich, gesundheitsschädlich, giftig, hochentzündlich,

leicht entzündlich, reizend, sehr giftig, umweltgefährlich

Bezeichne die Gegenstände in der Abbildung.

Gib an, aus welchen Stoffen sie bestehen können.

Gegenstand Stoff

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Körper und Stoff

Grundwissen

In der Physik werden die Gegenstände, die uns umgeben, als Körper bezeichnet. Körper haben eine

bestimmte Form oder Gestalt, ein Volumen und eine Masse. In der Chemie werden die Materialien,

aus denen die Körper bestehen, Stoffe genannt. Alle Körper bestehen aus Stoffen. Stoffe, mit denen

im Chemieunterricht experimentiert wird, heißen Chemikalien.

Jeder Stoff weist eine für ihn typische Kombination von Stoffeigenschaften auf. Stoffeigenschaften

kann man mit den Sinnesorganen oder mit Hilfsmitteln bestimmen.

1 Stoffe in deiner Umgebung


2 Stoffe und Gegenstände unterscheiden

Nenne vier verschiedene Stoffe, aus denen die Gegenstände hergestellt werden können.

Gegenstand Stoffe

Eimer

Schmuckring

Hemd

Stoffe und ihre Eigenschaften

Grundwissen

Jeder Stoff besitzt bestimmte Eigenschaften. Die Verwendung eines Stoffes beruht auf seinen Eigen-

schaften. Eigenschaften von Stoffen wie Farbe, Form, Geruch oder Geschmack können mithilfe

der Sinnesorgane erkannt werden. Andere Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Dichte oder

Lös lichkeit müssen mit Hilfsmitteln erkundet werden.

Jeder Stoff weist eine für ihn typische Eigenschaftskombination auf, die sich in einem Steckbrief zusammenfassen lässt. Mithilfe des Steckbriefes kann ein Stoff erkannt werden.

1 Verwendung von Stoffen aufgrund ihrer Eigenschaften

Gib an, aus welchen Stoffen die Gegenstände bestehen können. Begründe den Einsatz des Stoffes

mit seinen besonderen Eigenschaften.

Gegenstand Stoff Eigenschaften des Stoffes, die den Einsatz begründen

Reifen

Rahmen

Gabel

Lenkergriff

Bremsklotz

Bremszug

Felge

Sattel


2 Methoden zur Untersuchung von Stoffen

a) Einige Stoffeigenschaften kann man mithilfe der Sinnesorgane erkennen. Fülle die Tabelle aus.

Sinnesorgan Sinn Erkennen folgender Stoffeigenschaften

b) Viele Stoffeigenschaften kann man nur mit Hilfsmitteln bestimmen. Ergänze die fehlenden Angaben.

Experimentanordnung Wir untersuchen … und stellen fest

Körper aus den Stoffen ,

und werden vom Magneten

angezogen.

und lösen

sich in Wasser. und

sind in Wasser unlöslich.

, , leiten

den elektrischen Strom. , ,

leiten den elektrischen Strom nicht.

Achtung: Im Chemie- unterricht niemals kosten!

Speiseöl

Holzkohle Wasser

Kochsalz

Zucker

Styropor

PVC


3 Eigenschaften von Stoffen ermitteln

Ermittle Aggregatzustand, Farbe sowie die Löslichkeit von Stoffen in Wasser.

Entnimm Dichte, Schmelz- und Siedetemperatur der Stoffe aus Tabellen.

Stoff Aggregat-

zustand

bei 20 °C

Farbe Löslichkeit

in Wasser

Dichte

in g/cm3

Schmelz-

tempera-

tur

Siede-

tempera-

tur

Wasser / Kochsalz

(Natrium-

chlorid)

Zucker / / /

Essig / / /

Eisen

Brennspiritus / / /

Schwefel

Quecksilber nicht löslich

4 Dichte von Stoffen

a) Berechne die fehlenden Angaben in der Tabelle.

Stoff Masse m

der Stoffportion

Volumen V

der StoffportionDichte ρ des

Stoffes in g/cm3

Wasser in einem Glas 70,0 g 70 ml

1 Brocken Steinsalz (Kochsalz) 311,0 g 144 cm3

Bleiwürfel (2 cm Kantenlänge) 90,7 g

Alkohol 50 ml 0,79

große Eisenschale 125,0 g 7,86

Kupferblock (15 ∙ 20 ∙ 60 cm) 8,96

b) Interpretiere die Abbildungen.


5 Dichte von Erdöl

a) Lies den Zeitungstext. Suche unbekannte Wörter aus dem

Wörterbuch heraus.

b) Berechne aus den Daten im Text die Dichte von Erdöl.

6 Ist der Schmuck wirklich aus Gold?

Du hast eine Goldkette geerbt und willst sie beim Juwelier verkaufen.

Dieser behauptet aber, die Kette sei aus Messing, und will dir nur

20 Euro dafür geben. Wie kannst du beweisen, dass die Kette tatsäch-

lich aus Gold besteht? Beschreibe, wie die abgebildeten Geräte dir

dabei helfen können.

7 Stoffe mithilfe von Steckbriefen identifizieren

a) Finde anhand der Steckbriefe die Stoffe heraus.

Singapore. Today’s super-

tankers can carry 400 000 tons

of crude oil. This means, that

there are 465 million liters or

2,9 million barrels of oil in

a single ship. At the current oil

prices of 50 dol lars per barrel,

this load is worth 145 million

dollars. Of course, modern

pirates are watching these ves-

sels with great interest.

Gold

Dichte ρ: 19,3 g/cm3

Weltmarktpreis: 30.000 Dollar/kg

Messing

Dichte ρ: 8,4 g/cm3

Weltmarktpreis: 7 Dollar/kg

Stoff:

Farbe: grau, mattglänzend

Aggregatzustand bei

Zimmertemperatur:

fest

Elektrische

Leitfähigkeit:

mäßig gut

Dichte in g/cm3: 11,3

Härte: weich

Schmelztemperatur in °C: 327

Siedetemperatur in °C: 1740

Stoff:

Farbe: silberglänzend

Aggregatzustand bei

Zimmertemperatur:

fest

Elektrische

Leitfähigkeit:

sehr gut

Dichte in g/cm3: 10,5

Härte: mäßig hart

Schmelztemperatur in °C: 961

Siedetemperatur in °C: 2212


b) Vervollständige die Steckbriefe von Alkohol und Kochsalz.

Stoff: Alkohol

Farbe:

Aggregatzustand bei

Zimmertemperatur:

Elektrische

Leitfähigkeit:

Schmelztemperatur

in °C:

Siedetemperatur

in °C:

Dichte in g/cm3:

Löslichkeit

im Wasser:

Stoff: Kochsalz

Farbe:

Aggregatzustand bei

Zimmertemperatur:

Elektrische

Leitfähigkeit:

Schmelztemperatur

in °C:

Siedetemperatur

in °C:

Dichte in g/cm3:

Löslichkeit im Wasser:

c) Gib Stoffeigenschaften an, mit denen ein Stoff eindeutig identifiziert werden kann.

Aggregatzustände von Stoffen und Bau der Stoffe aus Teilchen

Grundwissen

Stoffe können bei Temperaturänderung ihre Zustandsform ändern. Sie können im festen, flüssigen und

gasförmigen Aggregatzustand vorliegen.

Alle Stoffe sind aus kleinsten Teilchen aufgebaut. Mit dem Teilchenmodell lassen sich Aggregatzustände

und Aggregatzustandsänderungen deuten und beschreiben.

1 Aggregatzustände und Aggregatzustandsänderungen

Ergänze das Schema.

Aggregatzustand

Aggregatzustand

Aggregatzustand


2 Die Aggregatzustände im Teilchenmodell

Zeichne die Aggregatzustände von Wasser im Teilchenmodell. Stelle die Wasserteilchen als Kugeln dar.

Gib jeweils den Temperaturbereich an.

fest

�

flüssig

�

gasförmig

�

Stoffgemische und Reinstoffe

Grundwissen

Stoffe, die nur aus einem Stoff aufgebaut sind und einheitlich gleichbleibende Eigenschaften haben,

werden Reinstoffe genannt. Ein Reinstoff besteht aus gleichartigen Teilchen. Beim Mischen von Rein-

stoffen entstehen Stoffgemische. Man unterscheidet homogene und heterogene Stoffgemische.

In homogenen Stoffgemischen lassen sich die einzelnen Stoffe nicht mehr nebeneinander erkennen,

in heterogenen Stoffgemischen sind die einzelnen Stoffe noch deutlich erkennbar. Lösungen gehören

zu den homogenen Stoffgemischen.

1 Arten von Stoffgemischen

a) Ordne die folgenden heterogenen Stoffgemische in die Tabelle ein. Nenne jeweils ein Beispiel.

Emulsion, Gemenge, Hartschaum, Nebel, Paste, Rauch, Schaum, Suspension

Aggregatzustand fest flüssig gasförmig

fest

flüssig

gasförmig

b) Ordne die folgenden homogenen Stoffgemische in die Tabelle ein. Nenne jeweils ein Beispiel.

Gasgemisch, Lösung, Legierung

Aggregatzustand fest flüssig gasförmig

fest

flüssig

gasförmig


2 Wie sich Salz in Wasser löst

Ein kleiner Salzkristall löst sich in einem Glas Wasser, selbst wenn man das Wasser nicht umrührt.

Den Vorgang des Lösens stellt die Bilderserie im Teilchenmodell dar. Zeichne das mittlere Bild.

Salzkristall in Wasser Kurze Zeit später Einige Stunden später

Trennen von Stoffgemischen

Grundwissen

In Stoffgemischen bleiben die Eigenschaften der einzelnen Reinstoffe erhalten. Das kann man zur

Trennung von Stoffgemischen nutzen. Es gibt unterschiedliche Verfahren zur Stofftrennung, die sich

die jeweiligen Stoffeigenschaften der zu trennenden Stoffe zunutze machen.

1 Welches Trennverfahren wird genutzt?

Ergänze die Tabelle.

Vorgang Genutztes Trennverfahren Genutzte Eigenschaft

der Stoffe

Kartoffeln werden nach dem

Kochen abgegossen.

Zur Gewinnung von Kochsalz

wird eine Salzlösung in großen

Behältern erhitzt.

Goldsucher waschen aus dem

Flussschlamm Goldkörner

heraus.

Fettflecke in der Kleidung

werden mit Fleckentferner

beseitigt.

Teebeutel werden zur Tee-

bereitung mit heißem Wasser

übergossen.

In Schutzmasken werden schäd-

liche Gase und Dämpfe mit

Aktivkohle aus der Atem luft

entfernt.


2 Trennverfahren im Überblick

Beschrifte die Abbildungen. Notiere jeweils das abgebildete Trennverfahren.

3 Beseitigung einer kleinen Umweltkatastrophe

Wasser ist durch Öl und Sand verunreinigt worden.

a) Welche Eigenschaften können zur Abtrennung genutzt werden?

Öl:

Sand:

b) Entwickle einen Plan für die Trennung.


Zusammensetzung von Stoffgemischen

Grundwissen

Der Einsatz oder die Wirkung eines Gemisches ist häufig vom Anteil eines Stoffes im Gemisch

abhängig. Es gibt unterschiedliche Anteilsangaben für Gemische. Häufig erfolgen sie in Prozent.

Der Massenanteil w ist der Anteil, den die Masse eines Stoffes an der Summe der Massen aller Stoffe

im Gemisch hat. Der Volumenanteil � (Phi) ist der Anteil, den das Volumen eines Stoffes an der

Summe der Volumina aller Stoffe im Gemisch hat.

Massenanteil

w (B) =m(B)

m(Gem)∙ 100 %

w (B) Massenanteil des Stoffes B

m(B) Masse des Stoffes B

m(Gem) Masse des Stoffgemisches

Volumenanteil

�(B) =V (B)

V (A) + V (B) + …∙ 100 %

�(B) Volumenanteil des Stoffes B

im Gemisch

V(B) Volumen des Stoffes B

V(A) + V(B) + … Summe der Volumina aller

Stoffe des Stoffgemisches

1 Ermitteln von Stoffportionen in Gemischen

a) Berechne die Masse an Kochsalz, die notwendig ist, um 250 g 15%ige und 0,9%ige physiologische Koch-

salzlösung herzustellen.

Gegeben m(Gem) = 250 g;

w(Kochsalz) = 15 % = 0,15

m(Gem) = 250 g;

w(Kochsalz) = 0,9 % = 0,009

Gesucht m(Kochsalz) m(Kochsalz)

Lösung m(Kochsalz) =

Ergebnis m(Kochsalz) =

b) Berechne das Volumen an reinem Alkohol in ml, das in den Gläsern enthalten ist.

Gegeben Glas (250 ml)

Bier [�(Alk.) = 4 %]

Glas (120 ml)

Wein [�(Alk.) = 11 %]

Glas (40 ml)

Weinbrand [�(Alk.) = 38 %]

Gesucht

Lösung

Ergebnis


Trinkwasser und Abwasser

Grundwissen

Trinkwasser ist unser wichtigstes Lebensmittel. Rohwasser zur Trinkwasseraufbereitung wird aus

Grundwasser und Oberflächenwasser gewonnen. Das den Haushalt verlassende trübe und schmutzige

Wasser wird als Abwasser bezeichnet. In Kläranlagen wird das Wasser gereinigt und anschließend

in Oberflächengewässer eingeleitet.

1 Rund um Trinkwasser und Abwasser

Ergänze das Fließschema, das den Weg des Trinkwassers von der Gewinnung bis zur Abwasserreinigung

darstellt.

Entfernung von:

Seen

Filteranlagen

Haushalte

Abwasseraufbereitung im Klärwerk

Einleitung in Oberflächengewässer

Eigenschaften

Trinkwasseraufbereitung

im Wasserwerk

14 Am Anfang war das Feuer

Entstehen und Löschen von Feuer

Grundwissen

Feuer ist für den Menschen Faszination und Schrecken zugleich. Wir unterscheiden Schadfeuer und

Nutzfeuer. Für das Entstehen eines Feuers gibt es bestimmte Voraussetzungen. Ein Feuer erlischt, wenn

mindestens eine Voraussetzung für sein Entstehen nicht mehr erfüllt ist.

1 Wie kann Feuer entstehen?

Finde mithilfe von Experimenten heraus, wie ein Feuer entstehen kann.

a) Untersuche eine Kerzenflamme.

1. Entzünde eine Kerze und lass die Kerze etwa eine Minute brennen.

2. Stülpe dann ein Becherglas über die brennende Kerze.

3. Entferne das Becherglas, wenn die Kerzenflamme erloschen ist, und zünde die Kerze sofort erneut an.

Notiere, was du bei Auftrag 1 am Docht der Kerze beobachtet hast.

Notiere, was du beobachtet hast, als die Kerze bei Auftrag 2 erlosch.

Vergleiche das Entzünden der Kerze bei den Aufträgen 1 und 3.

Leite eine Aussage über die Entstehung der Kerzenflamme ab.

Beschrifte die Abbildung mit den jeweils stattfindenden Vorgängen.

Am Anfang war das Feuer 15

b) Erhitze etwas Kerzenwachs in einem kleinen Tiegel auf einer elek-

trischen Heizplatte, bis es sich entzündet. Decke den Tiegel mithilfe

einer Tiegelzange mit dem Deckel ab. Hebe den Deckel nach einiger

Zeit wieder hoch. Wiederhole den Vorgang mehrmals. Notiere

deine Beobachtungen und deute sie.

c) Gib an, unter welchen Bedingungen ein Feuer (eine Flamme) entstehen kann.

2 Wie ein Feuer gelöscht werden kann

a) Gib für die dargestellten Situationen konkrete Maßnahmen zur Brandbekämpfung und zum Löschen eines

Brandes an. Ergänze die Beispiele durch zwei weitere Situationen.

Brand, der zu löschen ist Maßnahmen zur Brandbekämpfung und zum Löschen des Brandes

Benzinbrand in einer

Porzellanschale

Lagerfeuer

Brennendes Öl in der

Bratpfanne

Niemals Wasser!

Brennende Gegenstände

in einem Zimmer

Brennender

Müllcontainer

Brennende Kleidung

einer Person

b) Leite aus den konkreten Maßnahmen zur Bekämpfung und zum Löschen eines Brandes allgemeine

Maßnahmen zur Brandbekämpfung ab.

–

–

–

Kerzenwachs

1

2 3

Tiegelzange

Tiegel ?

16 Chemische Reaktionen

Die Verbrennung, eine chemische Reaktion

Grundwissen

Chemische Reaktionen sind Stoffumwandlungen, bei denen neue Stoffe mit anderen Eigenschaften

ent stehen. Aus Ausgangsstoffen entstehen Reaktionsprodukte. Die Verbrennung ist eine chemische

Reaktion, bei der ein Stoff mit Sauerstoff reagiert. Bei der Verbrennung entstehen als Reaktionsprodukte

Oxide. Oxide sind chemische Verbindungen.

Chemische Reaktionen können mithilfe von Wortgleichungen beschrieben werden.

1 Erkennen von chemischen Reaktionen

Beschreibe die abgebildeten Vorgänge. Entscheide, ob es sich dabei um chemische Reaktionen handelt,

und begründe.

Vorgang Beschreibung Chemische

Reaktion?

Begründung

Chemische Reaktionen 17

2 Beobachtungen auswerten

a) Ergänze den folgenden Lückentext:

Bringt man einen Magnesiumspan in die Flamme des Brenners, so brennt

er mit heller Lichterscheinung. Es entsteht . Dieser

Vorgang ist , weil

.

Kupfer überzieht sich beim Erhitzen an der Luft mit einem

von . Auch hierbei handelt es sich um

, weil

.

Wird ein Gemisch aus Eisen und Schwefel erhitzt, so entsteht unter starkem

Aufglühen ein Stoff. Das ist .

Es handelt sich ebenfalls um , denn

.

b) Leite eine allgemeine Aussage ab.

In den Beispielen wurden beschrieben.

Wenn sie miteinander verglichen werden, kann man sagen: sind

Vorgänge, bei denen eintritt.

Aus entstehen dabei .

Bei chemischen Reaktionen können außerdem noch weitere Erscheinungen beobachtet werden,

zum Beispiel .

c) Formuliere die Wortgleichungen für die beschriebenen Reaktionen.

Allgemein:


Chemische Elemente und Verbindungen

Grundwissen

Reinstoffe, die sich in andere Stoffe zerlegen lassen, sind chemische Verbindungen. Reinstoffe, die durch

chemische Reaktionen nicht zerlegt werden können, sind chemische Elemente.

1 Ordnen von Stoffen

Ordne die folgenden Begriffe sinnvoll in das Schaubild ein, indem du nach Ober- und Unterbegriffen

ordnest:

chemische Elemente, chemische Verbindungen, Metalle, Metalloxide, Nichtmetalle, Nichtmetalloxide,

Reinstoffe, Stoffe, Stoffgemische.

Gib Beispiele an.

Kennzeichen chemischer Reaktionen

Grundwissen

Bei chemischen Reaktionen bilden sich aus den Teilchen der Ausgangsstoffe die Teilchen der Reaktions-

produkte. Bei der Bildung neuer Stoffe gruppieren sich die Teilchen der Ausgangsstoffe um und halten

verändert zusammen. Die Anzahl der in den Ausgangsstoffen und in den Reaktionsprodukten gebundenen

Teilchen bleibt gleich. Die bei chemischen Reaktionen stattfindenden Stoffumwandlungen sind

immer auch von Energieumwandlungen begleitet.

Beispiele

– – – –

– – – –

– – – –


1 Zwei Reaktionen im Vergleich

1. Eisenwolle in der Brennerflamme

Etwas Eisenwolle wird mit der Brennerflamme erhitzt.

a) Beobachtungen:

b) Deutung:

Es handelt sich offenbar um eine chemische Reaktion, denn es findet eine statt.

c) Wortgleichung:

d) Bei einer chemischen Reaktion werden die Teilchen der Ausgangsstoffe umgruppiert.

Zeichne den Vorgang im Teilchenmodell. Finde Bildunterschriften.

+ →

e) Beim Ablauf der chemischen Reaktion findet eine Energieumwandlung statt. Sie äußert sich durch

. Derartige Vorgänge heißen Reaktionen. Zum Auslösen

der chemischen Reaktion muss erhitzt werden. Dieser Vorgang heißt . Das Reaktions-

produkt besteht aus Ausgangsstoffen. Es handelt sich um eine .

2. Erhitzen von Quecksilberoxid

Wird in einem Reagenzglas rotes Quecksilberoxid erhitzt, so bilden

sich an der Reagenzglaswand Tropfen von silberglänzendem Queck-

silber. Ein Gas entweicht.

a) Formuliere die Wortgleichung für diese Reaktion.

b) Erläutere die Veränderungen der Teilchen.

c) Damit der Vorgang nicht unterbrochen wird, muss ständig erwärmt werden. Das deutet darauf hin, dass es

sich um eine Reaktion handelt. Bei der Reaktion gibt es einen Ausgangsstoff,

der in Reaktionsprodukte zerlegt wird. Es handelt sich um eine .


2 Energie bei chemischen Reaktionen

a) Zeichne in die Energieschemata für die beschriebenen Reaktionen die Energie der Reaktionsprodukte ein.

Gib an, ob es sich um eine exotherme oder endotherme Reaktion handelt.

Chemische Reaktion Energie der

Ausgangsstoffe

Energie der

Reaktionsprodukte

Exotherme Reaktion/

Endotherme Reaktion

Eine Wunderkerze wird

entzündet und brennt ab.

Energie

Ausgangs-

stoffe

Eine Brausetablette wird

in ein Glas Wasser gege-

ben. Es kommt zur Gas-

entwicklung. Das Wasser

erwärmt sich.

Energie

Ausgangs-

stoffe

In einem Reagenzglas

wird Silberoxid ständig

erwärmt. Am Reagenzglas

scheidet sich ein silber-

grauer Belag ab.

Energie

Ausgangs-

stoff

Ein Gemisch aus Eisen-

und Schwefelpulver wird

mit dem Brenner kurz

erhitzt. Ein Aufglühen

ist zu beobachten. Nach

der Reaktion liegt ein

schwarzes Reaktions-

produkt vor.

Energie

Ausgangs-

stoffe

In einem Becherglas

werden Kaliumchlorid

und Natriumsulfat gut

vermischt. Eine Tempe-

raturerniedrigung kann

festgestellt werden.

Energie

Ausgangs-

stoffe


b) Die Verbrennung von Holz ist eine exotherme chemische Reaktion. Obwohl die Energie der Reaktions-

produkte niedriger ist als die des Holzes, muss das Holz angezündet werden, damit es brennt. Begründe.

3 Erhitzen von Eisen

In den abgebildeten Apparaturen werden Eisenspäne an der Luft und im abgeschlossenen Luftraum erhitzt.

a) Erhitzen an der Luft

Ausgangsstoffe:

Beobachtung:

Aussehen des Reaktionsprodukts:

Massenveränderung:

Erläuterung des Experiments:

b) Erhitzen im abgeschlossenen Luftraum

Ausgangsstoffe:

Beobachtung:

Aussehen des Reaktionsprodukts:

Massenveränderung:

Erläuterung der Ergebnisse und Vergleich mit Experiment 1:

c) Interpretiere die Ergebnisse. Gib die zugrunde liegende Gesetzmäßigkeit an.

Magnet

Eisen

Reagenz-glas

Eisen

22 Zum Leben notwendig – Luft und Wasser

Bestandteile der Luft

Grundwissen

Luft ist ein Stoffgemisch aus Stickstoff, Sauerstoff, Edelgasen und Kohlenstoffdioxid. Sie kann weiterhin

Wasserdampf und Luftschadstoffe, z. B. Schwefeldioxid, enthalten. Die Hauptbestandteile der Luft sind

Sauerstoff und Stickstoff.

1 Ein Stoffgemisch im Tortendiagramm

Aus welchen Anteilen sich ein Gemisch zusammensetzt, kann man

in Tortendiagrammen anschaulich darstellen.

Zeichne ein Tortendiagramm zur Zusammensetzung von Luft.

Überlege, wie du auch die Volumenanteile der seltenen Gase

anschaulich darstellen kannst.

Zusammensetzung von trockener Luft

in Volumenanteilen

Hauptbestandteile (ca. 99 %):Stickstoff 78 %

Sauerstoff 21 %

Sonstige Bestandteile (ca. 1 %):Argon 0,934 %

Kohlenstoffdioxid 0,039 %

Neon 0,0018 %

Helium 0,0005 %

Methan 0,0002 %

Krypton 0,0001 %

2 Ein Liter Luft genau untersucht

In einer Flasche ist 1 Liter Luft eingeschlossen.

a) Berechne die Masse dieses „Luftvorrats“.

Rechnung: m(Luft) =

Antwort:

b) Wird diese Luftportion auf – 250 °C abgekühlt, wird sie fest. Berechne überschlagsartig, welches Volumen

die Luftportion dann hätte.

c) Im Tauchsportladen kosten 150 Liter Argon 3,00 Euro. Überschlage, wie viel das Argon in der Luft portion

wert ist.

Dichte von Luft

als Gas 1,2 kg/m3

(unter Norm-

bedingungen)

als Flüssigkeit 910 kg/m3

als Feststoff 920 kg/m3

Zum Leben notwendig – Luft und Wasser 23

3 Gefrorene Luft wird erwärmt

a) Recherchiere die Schmelz- und Siedetemperaturen der verschiedenen Luftbestandteile.

Stickstoff Sauerstoff Wasser Argon

Schmelztemperatur

Siedetemperatur

b) Bei der Firma „Grothe Industriegase“ wird in speziellen Apparaturen Luft auf –250 °C abgekühlt

und anschließend langsam auf über 100 °C erwärmt. Beschreibe in der Tabelle der Reihe nach, was

passieren wird.

Schritt Temperatur Vorgang

1

2

3

4

5

6

7

8

c) Gib den Temperaturbereich an, in dem Luft (Stickstoff und Sauerstoff) flüssig vorliegt.

4 Luft nicht nur zum Atmen

Gib die Bedeutung/Verwendung der Luftbestandteile und ihren Volumenanteil an. Fülle die Tabelle aus.

Bestandteil der Luft Volumenanteil Bedeutung/Verwendung

Stickstoff

21

Edelgase

0,038


5 Wie viel Sauerstoff ist im Klassenraum?

a) Berechne das Volumen der Luft im Klassenraum (Länge ∙ Breite ∙ Höhe)

V (Klassenraum) =

b) Berechne aus dem Volumen der Luft im Klassenraum das Volumen an Sauerstoff.

c) Begründe, warum eine Kerze in reinem Sauerstoff viel heller brennt als in Luft.

6 Ein unlösbares Umweltproblem?

Lies den Zeitungsartikel. Recherchiere zum Thema „Treibhauseffekt“ und vervollständige die Mindmap.

Mauna Loa, Hawai. Der

Vo lu menanteil an Kohlen-

stoffdioxid (kurz: CO2) in der

Atmosphäre nähert sich erst-

malig der Marke von 0,04 %.

Jahrtausendelang hatte er bei

0,028 % gelegen. Erst seit

den letzten 200 Jahren steigt

er immer weiter an. Koh len-

stoffdioxid bewirkt den na-

tür lichen Treibhauseffekt,

ohne den die mittlere Tempe-

ratur auf der Erde um etwa

33 °C geringer wäre. Durch

die Zunahme des Volumen-

anteils an CO2 verstärkt sich

aber der Treib hauseffekt.

Bei einem weiteren Anstieg

dürfte ein globaler Tem pera-

turanstieg zu zahlrei chen

Um weltproblemen führen. mögliche Folgen

Quellen

Treibhausgase

Treibhauseffekt

natürlicher von Menschen beeinflusster


7 Ein gelöstes Umweltproblem?

a) Lies den Zeitungsartikel. Informiere dich, wie Schwefeldioxid auf

Pflanzen wirkt.

b) Recherchiere, weshalb in Mitteleuropa die Konzentration an Schwefeldioxid seit etwa 25 Jahren

wieder sinkt.

Bau der Atome

Grundwissen

Im 19. Jahrhundert stellte man sich Atome als winzige, aber massive Kugeln vor. Anfang des 20. Jahr-

hunderts leitete Ernest Rutherford aus seinen Experimenten ein Modell ab, nach dem Atome größten-

teils aus fast leerem Raum bestehen.

1 Das Kern-Hülle-Modell des Atoms

a) Beschrifte die Abbildung.

b) Ergänze den Lückentext.

Nach dem Kern-Hülle-Modell des Atoms besteht ein Atom aus dem geladenen

und der geladenen . Träger der positiven

Ladung sind die , Träger der negativen Ladung sind die . Das Atom ist

insgesamt elektrisch neutral, weil .

Fast die gesamte Masse des Atoms liegt im . Die im Vergleich zum Atomkern riesige

Atomhülle besteht fast nur aus .

Dessau. Der Volumenanteil an

Schwefeldioxid in der Luft in

Deutschland liegt neuerdings

wieder bei nur 0,000 0002 %.

Jahrhundertelang war er ange-

stiegen und lag 1980 bei etwa

0,000 002 %, also 10-mal so

hoch wie heute. Dieser Volumen-

anteil führte damals zu teilweise

er heblichen Auswirkungen auf

Gesundheit und Umwelt.


Elemente, Symbole, Periodensystem und Atombau

Grundwissen

Ein chemisches Element besteht nur aus Atomen einer einzigen Atomart. Alle Atome eines Elements

haben die gleiche Anzahl von Protonen im Atomkern. Jedes Element wird durch ein eigenes Symbol gekennzeichnet. Ein Symbol steht für das Element oder für ein Atom dieses Elements. Das Perioden-

system der Elemente (PSE) ist ein Ordnungssystem für die chemischen Elemente, aus dem sich wichtige

Angaben zum Atombau ableiten lassen.

1 Angaben aus dem Periodensystem der Elemente

a) Beschrifte die Abbildung. b) Ergänze die Tabelle.

Angabe im PSE Erläuterung

Ordnungszahl

Perioden

Gruppen

2 Periodensystem der Elemente und Atombau

Ergänze die Tabelle. Vervollständige die Modelle. Verwende dazu das Periodensystem der Elemente.

Name des Elements Natrium Aluminium

Symbol des Elements Na Ca Mg

Ordnungszahl 11 20 12

Anzahl der Protonen

Anzahl der Elektronen

Nummer der Haupt-

gruppe I II III II

Nummer der Periode

Kern-Hülle-Modell

des Atoms

Al13 26,98

Aluminium


Moleküle und chemische Formeln

Grundwissen

Moleküle sind Teilchen, die aus zwei oder mehr fest miteinander verbundenen Atomen zusammengesetzt

sind. Für einen aus Molekülen aufgebauten Stoff kennzeichnet die chemische Formel den Stoff, ein

Molekül des Stoffes und dessen Zusammensetzung.

1 Auch Gase bestehen aus Teilchen

Ergänze den folgenden Text.

Die kleinsten Teilchen der Elemente heißen . Bei den Metallen lagern sich viele Atome

zusammen; sie bilden einen .

Die Luft ist ein . Die Teilchen der Luft liegen als einzelne Atome vor, z. B. die der

, oder als , wie z. B. die Teilchen des Sauerstoffs und des

Kohlenstoffdioxids.

2 Einige Luftbestandteile näher betrachtet

a) Ergänze die Tabelle.

Name des StoffesChemisches

ZeichenModell vom Bau Aussagen zum Bau

O2

Ozon O3

CO2

Schwefeldioxid

H2

b) Die Hauptbestandteile der Luft sind Stickstoff und Sauerstoff.

Zeichne insgesamt 25 Teilchen dieser Bestandteile in den Rahmen ein. Beachte dabei die Zusammenset-

zung der Luft.

O3


3 Vergleich von Symbolen und Formeln

a) Ergänze die folgenden Sätze.

Das Symbol für ein Sauerstoffatom lautet . Es ist abgeleitet von

b) Das Symbol für Sauerstoff hat zwei Bedeutungen. Nenne sie.

1.

2.

c) Die Formel für ein Molekül Sauerstoff lautet . Die kleine Zahl rechts unten am Symbol heißt

. Sie gibt an,

d) Zeichne die Modelle und benenne sie.

4 N: 4 Atome Stickstoff

2 N2: 2 Moleküle Stickstoff aus je 2 Atomen

2 O: 2 Atome Sauerstoff

3 O2: 3 Moleküle Sauerstoff aus je 2 Atomen

Wasser – ein ganz besonderer Stoff

Grundwissen

Wasser ist für alle Lebewesen lebensnotwendig. Es dient in den Organismen

als Lösemittel, Transport mittel und Baustoff. Wasser ist ein gutes Lösemittel

für zahlreiche feste, flüssige und gasförmige Stoffe. Es ist eine chemische

Verbindung aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff mit der Formel

H2O. Wasser ist aus Molekülen aufgebaut.

1 Wasser geht in der Natur nicht verloren

In der Natur gibt es einen Kreislauf des Wassers. Er ist für das Leben und viele natürliche Vorgänge auf

der Erde unverzichtbar.

a) Setze in die Zeichnung die passenden Begriffe ein. Markiere den Weg des Wassers mit Pfeilen.

Molekülmodell und Formel

von Wasser

H2O

Meer

Fluss

See


b) Beschreibe den Kreislauf des Wassers.

2 Aggregatzustände des Wassers

Bezeichne die Vorgänge und ergänze die Übersicht.

3 Wasser als Lösemittel

1. Untersuche in Reagenzgläsern die Löslichkeit von 1 ml Brennspiritus (F) und von 1 ml Petroleumbenzin

(F) in jeweils 5 ml Wasser.

Ergebnis:

2. Untersuche in Reagenzgläsern die Löslichkeit von je 1 Spatelspitze Kochsalz, Blumendünger und Gips

in jeweils 5 ml Wasser.

Ergebnis:

3. Gib Stoffe aus dem täglichen Leben an, die in Wasser

a) gut löslich sind:

b) schwer löslich sind:

Eis

Wasser

Wasser-

dampf

Eis

Wasser

Wasser-

dampf

Vorgänge beim Erwärmen Anordnung der

Wassermoleküle

Vorgänge beim Abkühlen

Fest:

erfolgt bei

°C.

erfolgt bei

°C.

Flüssig:

erfolgt bei

°C.

erfolgt bei

°C

Gasförmig:


4 Löslichkeit von Stoffen in Wasser

Die grafische Darstellung zeigt die Löslichkeit von Salzen

in Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen.

a) Gib an, was man unter dem Begriff Löslichkeit versteht.

b) Ermittle aus der grafischen Darstellung die Massen an

gelöstem Salz und trage sie in die Tabelle ein.

Temperatur

In 100 g Wasser lösen sich:

Kochsalz Kaliumnitrat Kaliumpermanganat

20 °C

50 °C

100 °C > 160 g

c) Formuliere den Zusammenhang, der zwischen der Temperatur und der Löslichkeit besteht.

5 Zerlegung und Bildung von Wasser

a) Beim Anlegen einer elektrischen Gleichspannung kann Wasser in zwei Reaktionsprodukte zerlegt werden.

Gib an der Abbildung die Namen der Stoffe an.

Löslichkeit einiger Salze in 100 g Wasser

00

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Masse Salz in g

20 40 60 80 100

Temperatur in ºC

Kaliumnitrat

Kochsalz

Kaliumper-manganat

+

Vervollständige die Wortgleichung.

Wasser → +

b) Wasserstoff verbrennt in Gegenwart von Sauerstoff. Wassertröpfchen sind entstanden.

Vervollständige die Wortgleichung.

+ → Wasser

c) Beschreibe den Zusammenhang, der zwischen den Wortgleichungen bei a und b besteht.


Wasserstoff – Energieträger der Zukunft?

Grundwissen

Wasserstoff ist ein farbloses, geruchloses, ungiftiges Gas mit der geringsten

Dichte aller Stoffe. Wasserstoff ist aus Molekülen aufgebaut und hat die

Formel H2. Bei der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff wird sehr viel

Energie frei. In Zukunft könnte Wasserstoff ein sauberer und unerschöpflicher

Energieträger werden.

1 Vergleich von Wasserstoff und Wasser

a) Fülle die Tabelle aus.

Stoff Wasserstoff Wasser

Art der Teilchen

Chemisches Zeichen

Farbe

Geruch

Aggregatzustand bei 20 °C

Siedetemperatur in °C

Schmelztemperatur in °C

b) Notiere Unterschiede zwischen den Stoffen Wasserstoff und Wasser.

c) Notiere Gemeinsamkeiten der Stoffe Wasserstoff und Wasser.

2 Vergleich von Kohle und Wasserstoff als Energieträger

a) Im Vergleich zu Kohle hat Wasserstoff als Energieträger zwei entscheidende Vorteile.

Erläutere diese anhand der Zeichnungen.

Molekülmodell und Formel

von Wasserstoff

H2

Verbrennung von Kohle Verbrennung von Wasserstoff

Umgebung

O2

CO2H2O

Nutz-energie

Verbrennungvon Kohle

Umgebung

O2

H2O

H2O

H2

Nutz-energie

Verbrennungvon Wasserstoff

Gewinnungvon Wasserstoff


b) Beim Umgang mit Wasserstoff gibt es aber auch große Probleme. Nenne mindestens zwei Nachteile

von Wasserstoff.

3 Brennstoffzellen als Alternative zu Verbrennungsmotoren?

Noch sind Brennstoffzellen teurer und technisch weniger ausgereift als Verbrennungsmotoren.

Nenne einige Vorteile von Brennstoffzellen, die sie dennoch schon jetzt aufweisen.

4 Energiegewinnung mit Wasserstoff

a) Lies den Text und nimm Stellung zu der Aussage.

Bei der Verbrennung von Wasserstoff wird viel Energie frei. Genauso

viel Energie braucht man aber auch, um neuen Wasserstoff herzustellen.

Insgesamt lässt sich also mit Wasserstoff keine Energie gewinnen.

b) Zeichne Energieschemata für die Bildung und Zerlegung von Wasser.


5 Konstruktion einer Apparatur zur Darstellung von Wasserstoff

Im Labor kann Wasserstoff durch Reaktion von Zink mit Salzsäure hergestellt werden. Mithilfe der abge-

bildeten Geräte soll eine Apparatur konstruiert werden. Der Wasserstoff soll pneumatisch aufgefangen

werden.

1. Wähle geeignete Geräte aus.

2. Zeichne die Apparatur. Ergänze Stopfen und Schlauchverbindungen.

3. Benenne die verwendeten Geräte.

4. Fülle den Lückentext zu den Eigenschaften von Wasserstoff aus.

Wasserstoff ist ein , und Gas. Es ist der Stoff mit

der Dichte. In Wasser ist er löslich. und

bilden in einem bestimmten Verhältnis das explosive .

Reiner Wasserstoff verbrennt ruhig mit schwach Flamme.


Reaktionsgleichungen

Grundwissen

Eine Reaktionsgleichung beschreibt eine chemische Reak-

tion mithilfe chemischer Zeichen. Sie kenn zeichnet die an

einer chemischen Reaktion beteiligten Stoffe, die Teilchen

der Stoffe und das Zahlen ver hältnis, in dem die Teilchen

reagieren. Chemische Zeichen in Reaktionsgleichungen

kenn zeichnen also die jeweiligen Stoffe und die Teilchen

(Atome, Moleküle) oder Baueinheiten, aus denen der Stoff

auf ge baut ist. Faktoren vor chemischen Zeichen kennzeich-

nen die Anzahl der Teilchen oder Baueinheiten.

1 Reaktionsgleichungen erstellen

1. Ermittle die Faktoren.

a) Ba + O2 → BaO

b) Al + O2 → Al2O3

c) Fe + S → Fe2S3

2. Ergänze die fehlenden chemischen Zeichen und Faktoren.

Achtung: Die vorhandenen chemischen Zeichen nicht verändern!

a) + Cl2 → NaCl

b) + O2 → Cu2O

c) Zn + → ZnO

3. Entwickle die Reaktionsgleichungen.

a) Oxidation von Eisen zu Eisenoxid (Fe2O3)

Wortgleichung:

Reaktionsgleichung:

Kontrolle:

b) Reaktion von Kupfer und Schwefel (S) zu Kupfersulfid (Cu2S)

Wortgleichung:

Reaktionsgleichung:

Kontrolle:

c) Reaktion von Kalium mit Chlor (Cl2) zu Kaliumchlorid (KCl)

Wortgleichung:

Reaktionsgleichung:

Kontrolle:

Entwickeln von Reaktionsgleichungen

1. Wortgleichung formulieren.

2. Chemische Zeichen einsetzen.

3. Faktoren ermitteln.

4. Kontrolle der Anzahl der Teilchen

eines jeden Elements vornehmen.


2 Aussagen von Reaktionsgleichungen

1. Ergänze die Angaben im Lückentext.

Reaktionsgleichung: 2 Ba + O2 → 2 BaO

Stoffliche Aussage:

Teilchenmäßige Aussage: Jeweils Atome reagieren mit Molekül

zu Baueinheiten .

2. Schwefel verbrennt zu Schwefeldioxid.

Reaktionsgleichung:

Stoffliche Aussage:

Teilchenmäßige Aussage: Jeweils Atom reagiert mit Molekül

zu Molekül .

3. Bei einer Knallgasprobe entsteht Wasser.

Reaktionsgleichung:

Stoffliche Aussage:

Teilchenmäßige Aussage: Jeweils Moleküle reagieren mit Molekül

zu Molekülen .

3 Richtig oder falsch?

Kreuze alle richtigen Aussagen an.

1. Beim Sieden von Wasser

a) werden aus den Wassermolekülen einzelne Atome Sauerstoff und Wasserstoff.

b) bleiben die Wassermoleküle erhalten.

c) verändert sich der Abstand der Moleküle untereinander.

2. Wasser ist

a) ein chemisches Element.

b) das Oxid des Wasserstoffs.

c) das Oxid des Sauerstoffs.

3. Die Ordnungszahl der Elemente

a) gibt die Anzahl der Atome in einer chemischen Verbindung an.

b) entspricht der Anzahl der Protonen und der Anzahl der Elektronen in einem Atom.

c) kennzeichnet die Reihenfolge der Elemente im Periodensystem.

36 Die Schätze der Erde

Metalle – Eigenschaften und typische Verwendungen

Grundwissen

Metalle bilden aufgrund ihrer gemeinsamen Eigenschaften eine Stoffgruppe. Sie leiten die Wärme

und den elektrischen Strom. Sie zeichnen sich durch ihren metallischen Glanz und ihre gute Verform-

barkeit aus.

Metalle sind als Werkstoffe im Alltag und in der Technik überall zu finden. Die Einsatzmöglichkeiten

ergeben sich aufgrund der besonderen Eigenschaften dieser Stoffgruppe.

Legierungen sind homogene Stoffgemische aus verschiedenen Metallen. Sie unterscheiden sich

in ihren Eigenschaften von den reinen Metallen, aus denen sie hergesellt wurden.

1 Verwendung von Metallen

Ergänze die Tabelle durch folgende Begriffe:

Amalgam, Blei, Cobalt, CPU-Kühler, Eisen, elektrische Leitfähigkeit, elektrische Leitungen und Kontakte,

Fahrzeug- und Flugzeugbau, geringe Dichte, Glanz, Glühlampen, Gold, hohe Schmelztemperatur, Kom-

passe, Kupfer, Magnete, Nickel, niedrige Schmelztemperatur, Platin, Schmuck, Silber, Töpfe, Trafos,

Verpackungen, Zahnfüllungen, Zinn.

Eigenschaft Einsatzmöglichkeiten

in Haushalt und Technik

Mögliche Metalle/

Legierungen

Kupfer, Silber

Schmuck

Wärmeleitfähigkeit

Wolfram

Lötmetall

Verformbarkeit

Aluminium

Magnetisierbarkeit

2 Legierungen – einfach unentbehrlich

Goldlegierungen spielen seit der Antike als Schmuck eine große Rolle. Heute sind sie auch als Werkstoffe

interessant.

a) Nenne Eigenschaften, aufgrund derer reines Gold von Goldlegierungen unterschieden werden kann?

Die Schätze der Erde 37

c) Fülle die Tabelle aus.

Einsatz Legierung Metalle, aus denen

die Legierung besteht

Neusilber

b) Zeichne eine mögliche Modelldarstellung der Atomanordnung in 333er-Rotgold, einer Legierung aus

66,7 % Kupfer (Atomradius: 128 pm) und 33,3 % Gold (Atomradius: 144 pm).


Oxidation – Reduktion – Redoxreaktionen

Grundwissen

Eine Oxidation ist eine chemische Reaktion, bei der ein Stoff mit Sauerstoff reagiert. Eine Reduktion

ist eine chemische Reaktion, bei der einem Stoff Sauerstoff entzogen wird. Sie ist die Umkehrung der

Oxidation. Redoxreaktionen sind chemische Reaktionen, bei denen Reduktion und Oxidation gleich-

zeitig ablaufen.

1 Oxidation und Reduktion gleichzeitig

1. Vervollständige die unvollständigen Reaktionsgleichungen. Kennzeichne bei allen Reaktionsgleichungen

Oxidation und Reduktion. Unterstreiche die Oxidationsmittel rot und die Reduktionsmittel blau.

a)

3 CuO + 2 Al → 3 Cu + Al2O3

b)

CuO + Zn → +

c)

Mg + H2O → +

2.

a) Beschreibe die Vorgänge in der dargestellten Apparatur.

b) Entwickle die Reaktionsgleichung. Kennzeichne Oxidation und Reduktion.

Unterstreiche Oxidationsmittel rot und Reduktionsmittel blau.

+ → +

Eisenoxid (Fe2O3)Wasserstoff

entwässertesKupfersulfat


3. Ordne nun die Metalle nach ihrem Reduktionsvermögen und die Metalloxide nach ihrem Oxidations-

vermögen. Für die Metalle ergibt sich die Redoxreihe der Metalle.

Reduktionsvermögen der Metalle nimmt zu.

Oxidationsvermögen der Metalloxide nimmt ab.

Abschätzen von Redoxreaktionen

Grundwissen

Unedle Metalle wie Magnesium und Eisen, aber auch Nichtmetalle wie Kohlenstoff und Wasserstoff

haben eine große Affinität, mit Sauerstoff zu reagieren. Edle Metalle wie Gold, Silber und Kupfer haben

nur eine geringe Affinität zu Sauerstoff. In der Redoxreihe der Metalle sind die Metalle nach ihrer

Stärke als Reduktionsmittel angeordnet.

1 Die Redoxreihe der Metalle

1. Ordne die folgenden Metalle nach zunehmender Reaktivität gegenüber Sauerstoff in eine Reihe:

Zink, Silber, Magnesium, Eisen, Kupfer.

Reaktivität gegenüber Sauerstoff nimmt zu.

2. Im folgenden Schema stehen die Metalle ihren Metalloxiden gegenüber.

a) Verbinde diejenigen Stoffe miteinander, bei denen eine Reaktion zwischen Metall und Metalloxid

zu erwarten ist.

b) Notiere über den Stoffen die Anzahl der jeweils zu erwartenden Reaktionen für jedes der genannten

Metalle und Metalloxide.

Anzahl der zu erwartenden Reaktionen

Anzahl der zu erwartenden Reaktionen

Eisen Zink Silber Kupfer Magnesium

Eisenoxid Zinkoxid Silberoxid Kupferoxid Magnesiumoxid

Reaktion findet statt.


2 Voraussagen von Redoxreaktionen

Kreuze an, welche Reaktionen möglich sind.

a) Zinkoxid + Eisen → Zink + Eisenoxid

b) Eisenoxid + Magnesium → Eisen + Magnesiumoxid

c) Silber + Kupferoxid → Silberoxid + Kupfer

d) Kupferoxid + Zink → Kupfer + Zinkoxid

e) Magnesiumoxid + Silber → Silberoxid + Magnesium

Redoxreaktionen in der Technik

Grundwissen

Jährlich werden weltweit mehrere Milliarden Tonnen Metalle benötigt. Die meisten Metalle kommen

in der Natur aber nur in Verbindungen vor. Mithilfe von Redoxreaktionen lassen sich die Metalle aus

ihren Verbindungen gewinnen. Die Technik der Metallgewinnung aus Erzen ist schon Jahrtausende alt.

1 Eisengewinnung in der Eisenzeit

a) In Mitteleuropa begann die Eisenzeit etwa im 8. Jahrhundert v. Chr. Um Eisen gewinnen zu können,

mussten neue Techniken der Verhüttung entwickelt werden. In Rennöfen konnten Temperaturen von bis

zu 1550 °C erreicht werden. Diese Temperaturen reichten aus, um Schlacke zu gewinnen, die erneut

mehrfach erhitzt werden musste, um daraus Eisen zu erhalten. Beschreibe anhand der Zeichnung die

Funktionsweise eines Rennofens.

b) Formuliere die Reaktionsgleichung, um aus Eisenerz (z. B. Hämatit, Fe2O3) Eisen zu erhalten.

2 Eine Redoxreaktion, die zündet

a) Betrachte die Abbildung und gib Ausgangs-

stoffe und Reaktionsprodukte an.

Ausgangsstoffe:

und

Reaktionsprodukte:

und

Eisenerz

Bruchstein

Lehm

Rauch

Schlacke

WindHolzkohle

Berg-hang

Schlacke

vor der ReaktionZünder

Sand

Gemisch ausAluminiumundEisenoxid

nach der Reaktion

Schlacke(Aluminiumoxid)

kompaktesMetall(magnetisch)


b) Entwickle die Reaktionsgleichung. Gib an, ob die Reaktion exotherm oder endotherm verläuft.

c) Begründe, dass eine Redoxreaktion abläuft.

d) Gib an, zu welchem Zweck diese Redoxreaktion in der Technik verwendet wird.

3 Gewinnung von Roheisen im Hochofen

a) Nenne die Stoffe, mit denen der Hochofen in regelmäßigen Abständen beschickt wird.

b) Ordne den Zonen im Hochofen die angegebenen Vorgänge zu. Ergänze die Reaktionsgleichungen.

Gichtgas wird abgeleitet.

Koks (Kohlenstoff) verbrennt mit dem

Sauerstoff der Luft zu Kohlenstoffdioxid.

Reaktionsgleichung:

Reduktion der Eisenoxide durch

Kohlenstoff monooxid zu Eisen

Reaktionsgleichungen (z. B.):

Reduktion von Kohlenstoffdioxid durch

Kohlenstoff zu Kohlenstoffmonooxid

Reaktionsgleichung:

1

2

3

4

Beschickung

Schlacke

Roheisen

Wind

500 °C

850 °C

1000 °C

1300 °C

1700 °C


4 Recycling von Eisenschrott

Die Abbildung zeigt schematisch einen Stoffkreislauf aus Nutzung, Verwertung und Herstellung von Stahl.

a) Beschreibe den Kreislauf.

b) Nenne stichwortartig die wichtigsten Vorteile des Metallrecyclings.

Kochsalz – vor Jahrmillionen entstanden, heute heiß begehrt

Grundwissen

Salzlagerstätten entstanden vor Millionen von Jahren durch Aufwölbungen des Meeresbodens. Salz wird

vor allem aus unterirdischen Lagerstätten oder in Salzgärten aus dem Meerwasser gewonnen.

1 Entstehung von Salzlagerstätten

Beschreibe anhand der Zeichnungen, wie vor 200 bis 300 Millionen Jahren die enormen Steinsalzlagerstät-

ten entstanden, die sich heute in mehreren Gebieten Deutschlands finden.

Roh- Zusatz-eisen stoffe

4

5

6

3

2

1

OzeanOzean Meeresbucht Ozean


2 Gewinnung von Siedesalz

In den Abbildungen sind Verfahren zur Gewinnung von Kochsalz dargestellt. Erläutere die Gewinnung.

a) In der Salzsiederei

b) In den Salzgärten

Ionen und Ionensubstanzen

Grundwissen

Natriumchlorid ist aus regelmäßigen würfelförmigen Kristallen aufgebaut. Seine Festigkeit und kristal-

line Beschaffenheit sind auf den Bau aus Ionen zurückzuführen. Ionen sind elektrisch positiv oder negativ

geladene Teilchen in der Größenordnung von Atomen. Stoffe, die wie Natriumchlorid, Calciumfluorid

oder Kaliumchlorid aus Ionen aufgebaut sind, gehören zu den Ionensubstanzen. Sie sind kristallin, spröde

und haben meist eine hohe Schmelztemperatur. Viele Ionensubstanzen sind sehr gut in Wasser löslich.

1 Ein Blick ins Kristallgitter

Beschreibe das nebenstehende Gittermodell eines

Natriumchlorid kristalls. Gib dabei auch die Art der

Teilchen an, aus denen Natriumchlorid aufgebaut ist,

sowie die Art der chemischen Bindung. Erkläre,

warum Natrium chloridkristalle würfelförmig sind.

Sole

SalzWasserMeer Salz

Wasser


2 Atome und Ionen, Formeln von Salzen

a) Fülle die Lücken in der Tabelle aus.

Name des

Teilchens

Elektrische

Ladung

Chemisches

Zeichen

Anzahl der

Protonen

im Atomkern

Anzahl der

Elektronen in

der Atomhülle

Chloratom 17

Cl–

Sauerstoffatom 8

–2 10

Natriumatom 11

Na+

Aluminiumatom 13

Aluminium-Ion 13 10

Ca

+2 Ca2+ 18

b) Erstelle mithilfe der Tabelle die Formeln für die folgenden Ionensubstanzen. Achte darauf, dass der Stoff

nach außen elektrisch neutral ist.

Calciumchlorid: Aluminiumoxid:

Aluminiumbromid: Natriumbromid:

Calciumoxid: Calciumbromid:

3 Lösen eines Salzes

Die Abbildung zeigt modellhaft das Lösen von Kochsalz in Wasser.

a) Beschrifte die Abbildung.

b) Beschreibe den Vorgang des Lösens eines Salzes.

c) Begründe, warum Salzlösungen den elektrischen Strom leiten.

Ordnung in der Vielfalt der Elemente 45

Schalenmodell der Atomhülle

Grundwissen

Das Schalenmodell der Atomhülle besagt, dass die Atomhülle in Elektronenschalen gegliedert ist.

In einer Elektronenschale halten sich Elektronen mit etwa gleicher Energie in gleichem Abstand zum

Atomkern auf. Eine Elektronenanordnung mit acht Außenelektronen ist besonders stabil. Sie wird als

Elektronen oktett bezeichnet. Diese Elektronenanordnung wird von den Atomen der Edelgase (Aus-

nahme: Helium mit zwei Elektronen) erreicht. Sie wird auch als Edelgaskonfiguration bezeichnet.

1 Die Ionisierungsenergie – ein Schlüssel zum Schalenmodell

Aus den Ionisierungsenergien der Elektronen eines

Atoms können Rückschlüsse auf die Besetzung

der Elektronenschalen gezogen werden. Zeichne

in die Abbildung unten die Elektronenschalen

des Aluminium atoms mit ihren Elektronen ein.

Bezeichne die Elektronenschalen mit Buchstaben.

Nummer des Elektrons

zuer

st e

ntf

ern

tes

Ele

ktr

on

zule

tzt

entf

ern

tes

Ele

ktr

on

Ion

isie

run

gse

ner

gie

13121110987654321

MJ

mol

2 Schalenmodelle einiger Atome

Die Abbildung zeigt unvollständige Schalenmodelle der Atome einiger Elemente. Ergänze die Elektronen.

Lithium Beryllium Bor Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon

3 Wie ist die Atomhülle der Atome aufgebaut?


Element Symbol Ordnungs-

zahl

Elektronen-

anzahl

Anzahl der

Elektronen in der

Elektronenschale

Anzahl

Außen-

elektronen

Elektronen-

schreibweise

1. 2. 3. 4.

Wasserstoff 1

Kohlenstoff 6

Stickstoff 7

Sauerstoff 8

Neon 10

Magnesium 12

Chlor 17

Kalium 19

Ionisierungsenergie

für die 13 Elektronen

des Aluminiumatoms

Schalenmodell des

Aluminiumatoms

10+9+8+7+6+5+4+3+

13+

46 Ordnung in der Vielfalt der Elemente

Periodensystem der Elemente

Grundwissen

Das Periodensystem der Elemente ist ein Ordnungssystem, in dem die Elemente auf der Grundlage

ihres Atombaus geordnet sind. Dabei entspricht die Ordnungszahl der Anzahl der Protonen bzw. der

Anzahl der Elektronen. Die Nummer der Periode entspricht der Anzahl der Elektronenschalen des Atoms.

Die Nummer der Hauptgruppe entspricht der Anzahl der Außenelektronen.

Die Anordnung aller chemischen Elemente im Periodensystem lässt eine periodische Wiederkehr von

Elementen mit ähnlichem Atombau und daher ähnlichen Eigenschaften erkennen. Mithilfe des Atombaus

lässt sich auch die Bildung von Ionen aus Atomen erklären.

1 Periodensystem der Elemente und Atombau

Leite Aussagen aus dem Periodensystem der Elemente ab. Ergänze die Tabelle.

Name des Elements Brom

Symbol des Elements

Ordnungszahl 35 19

Anzahl der Protonen


Nummer der Periode

Anzahl der

Elektronen schalen


in den besetzten

Elektronenschalen

1. 2. 3. 4. 1. 2. 3. 1. 1. 2. 3. 4. 1.

2 8 4 2 8 18

Nummer der

Hauptgruppe

VII V

Anzahl der Außen-

elektronen

7

Formel in Elektronen-

schreibweise

2 Vergleich der Elemente der II. Hauptgruppe

a) Fülle die Tabelle aus. Benutze das Periodensystem der Elemente.

Name des

Elements

Ordnungs-

zahl

Anzahl der

Protonen

Anzahl der

Elektronen

Anzahl

der Außen-

elektronen

Periode Anzahl der

Elektronen-

schalen

Beryllium

Magnesium

Calcium

Strontium

b) Gib an, was bei allen genannten Elementen übereinstimmt.

c) Gib an, welche Unterschiede zwischen den genannten Elementen bestehen.


3 Metalle und Nichtmetalle im Periodensystem

1. Ordne die Symbole für die folgenden chemischen Elemente in das Periodensystem an den richtigen

Stellen ein. Benutze dazu ein Periodensystem:

Beryllium, Fluor, Kalium, Kohlenstoff, Lithium, Magnesium, Natrium, Phosphor, Sauerstoff sowie

die Elemente mit den Ordnungszahlen 7, 13, 16, 17 und 20.

Nummer der

Hauptgruppe

I. II. III. IV. V. VI. VII.

2. Periode

3. Periode

4. Periode

2. Kennzeichne in dem Schema die Metalle rot und die Nichtmetalle grün.

3. Markiere die Grenze zwischen den Metallen und den Nichtmetallen durch eine Linie.

Formuliere eine allgemeine Aussage über die Anordnung von Metallen und Nichtmetallen im Perioden-

system der Elemente.

4 Periodisch wiederkehrende Eigenschaften

Gib die Tendenzen im Periodensystem an. Verwende dazu die angedeuteten Pfeile und male die jeweils

zutreffenden rot aus.

Metallischer Charakter

Neigung, Elektronen abzugeben

Nichtmetallischer Charakter

Neigung, Elektronen aufzunehmen

Atomradien

Elektronegativität


5 Atom oder Ion

Die Abbildung zeigt Schalenmodelle von Atomen und Ionen.

Notiere die Namen und chemischen Zeichen der Teilchen.

9+ 17+ 11+ 4+ 8+

2+ 2+

2+ 2+ 2+ 2+

2+ 2+2+ 2+

2+ 2+

Druck

–

–

+

+

–

–

+

+

–

–

+

–

–

+

+

+

+

–

–

+

–

–

+

+

+

+

–

–

+

+

–

–

+

+

–

–

+

–

–

+

+

+

+

–

–

+

+

–

–

+

+

–

–

+

+

–

–

+

+

–

–

+

+

–

–

+

+

–

–

+

+

–

–

+

+

–

–

+

–

–

+

+

+

+

–

–

+

+

–

–

+

+

–

–

+

–

–

+

+

+

+

–

–

+

+

–

–

+

+

–

–

+

+

–

–

+

+

–

–

+

–

–

+

+

+

+

b) Beschreibe, wie sich die Stoffe beim Einwirken verformender Kräfte verhalten. Vergleiche die

Bindungstypen und erläutere das unterschiedliche Verhalten.

Chemische Bindungen im Vergleich

Grundwissen

Atome können durch Ionenbindung, Atombindung oder Metallbindung zu größeren Einheiten

verknüpft sein. In Molekülen aus unterschiedlichen Atomen liegt eine polare Atombindung vor.

Mit den unterschiedlichen Bindungstypen lassen sich viele Stoffeigenschaften erklären.

1 Zwei Bindungstypen im Vergleich

Feste Stoffe verhalten sich beim Einwirken verformender Kräfte unterschiedlich.

a) Benenne die Bindungstypen. Gib jeweils ein Beispiel an.


2 Ionenbindung und Atombindung im Vergleich

a) Kochsalz besteht aus Ionen, Haushaltszucker dagegen aus recht großen ungeladenen Molekülen der Formel

C12H22O11. Erkläre, warum Kochsalz erst bei 800 °C schmilzt, Haushaltszucker dagegen schon bei 160 °C.

b) Eine wässrige Kochsalzlösung leitet den elektrischen Strom, eine Lösung von Zucker dagegen nicht.

Begründe diesen Unterschied.

3 Atombindung in Halogenmolekülen

a) In Halogenmolekülen sind jeweils zwei Halogenatome miteinander verbunden. Ergänze die Übersicht.

Halogenmolekül Fluormolekül Chlormolekül Brommolekül Iodmolekül

Molekülmodell

Formel

Formel in Elektro-

nenschreibweise

b) Begründe die Anzahl der bindenden Elektronenpaare in den Halogenmolekülen.

4 Atombindung in Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff

Die Gase Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff bestehen ebenfalls aus zweiatomigen Molekülen.

Gib die Formeln für die Moleküle dieser Stoffe in Elektronenschreibweise an. Beachte dabei, dass in

den Molekülen auch mehr als ein bindendes Elektronenpaar vorliegen kann.

Moleküle Wasserstoffmolekül Sauerstoffmolekül Stickstoffmolekül

Molekülmodell

Formel in Elektro-

nenschreibweise

Anzahl der binden-

den Elektronenpaare


5 Polare Atombindung

Die stärkere Anziehungskraft von Atomen auf bindende Elektronenpaare führt bei einigen Molekülen

zur Polarisierung der Ladung im Molekül.

a) Gib an, wie solche Moleküle bezeichnet werden.

b) Zeichne das Modell eines Wassermoleküls in der Elektronenschreibweise. Kennzeichne die Verschiebung

der Ladungen durch Pfeile.

Na+Na+

Na+Cl¯ Cl¯

Cl¯

2+ 2+ 2+

2+ 2+ 2+

2+ 2+ 2+

2+ 2+ 2+

6 Stoffe – unterschiedliche Strukturen, unterschiedliche Eigenschaften

Ergänze die Übersicht.

Stoffklasse Metalle Ionensubstanzen Molekülsubstanzen

Beispiel für einen

Stoff

Magnesium Sauerstoff

Chemisches Zeichen

Teilchenmodell

von der Struktur

der Stoffe

Art der Teilchen

Chemische Bindung

Eigenschaften der

Stoffe

– Schmelz- und

Siedetemperatur

– Elektrische

Leitfähigkeit

– Festigkeit

– Verformbarkeit

Quantitative Betrachtungen 51

Gesetz der konstanten Massenverhältnisse

Grundwissen

Das Gesetz der konstanten Massenverhältnisse besagt: In jeder chemischen Verbindung liegen die

Elemente in einem bestimmten konstanten Massenverhältnis vor.

1 Massenverhältnis in einer chemischen Verbindung

Bei Experimenten wurden folgende Massenverhältnisse der Elemente Kohlenstoff und Sauerstoff

in Stoffproben von Kohlenstoffmonooxid ermittelt:

Masse Kohlenstoff in g Masse Sauerstoff in g

1,2 1,6

1,8 2,4

2,4 3,2

3,6 4,8

4,8 6,4

5,2 7,0

6,7 9,0

a) Stelle die Werte grafisch in einem Koordinatensystem dar. Lege mit einem Lineal eine Gerade durch die

Wertepaare. Zeichne ein Steigungsdreieck, mit dem du das kleinste ganzzahlige Massenverhältnis fest-

stellen kannst, in dem Kohlenstoff und Sauerstoff im Kohlenstoffmonooxid vorliegen.

Im Kohlenstoffmonooxid liegen Kohlenstoff und Sauerstoff im Massenverhältnis vor.

b) Lies aus der Grafik die Masse des Elements Sauerstoff ab, die vorliegt, wenn in einer Stoffprobe

Kohlenstoffmonooxid 4 g Kohlenstoff enthalten sind.

52 Quantitative Betrachtungen

Teilchenanzahl, Stoffmenge und molare Masse

Grundwissen

Stoffportionen bestehen aus einer unvorstellbar großen Anzahl Teilchen. Um mit Teilchenanzahlen sinn-

voll arbeiten zu können, wurde die Stoffmenge n eingeführt. Ihre Einheit ist das Mol, das Zeichen für die

Einheit mol. Die Avogadro-Konstante NA gibt an, wie viel Teilchen (Teilchenanzahl N) in einem Mol

eines Stoffes enthalten sind. Es sind etwa 6 ∙ 1023 Teilchen.

Die molare Masse M eines Stoffes ist der Quotient aus der Masse m einer Stoffportion und ihrer Stoff-

menge n. Ihre Einheit ist g/mol.

m(Stoffportion)M(Stoff) = n(Stoffportion)

N = NA ∙ n

NA = 6 ∙ 1023 mol–1

1 Wie viel eines Stoffes?

Trage die fehlenden Angaben zu Masse und Stoffmenge in die Tabelle ein. Ergänze in der Tabelle für die

angegebenen Stoffe die molaren Massen (siehe Tabellenwerk). Wähle zusätzlich zwei Beispiele selbst.

Stoff Masse m der

Stoffportion

Stoffmenge n

der Stoffportion

Teilchenanzahl N

der Stoffportion

Molare Masse M

des Stoffes

Aluminium 81,0 g

Zink 6,5 g

Eisenoxid, Fe2O3 1 mol

Magnesiumoxid 4,0 g

Natriumchlorid,

NaCl2 mol

2 Zusammenhang Masse und Stoffmenge

Für Stoffportionen gilt: Die Masse m ist proportional der Stoffmenge n.

Stelle den Zusammenhang für den Stoff Magnesium grafisch dar.

Quantitative Betrachtungen 53

Massenberechnungen bei chemischen Reaktionen

Grundwissen

Aus Reaktionsgleichungen lassen sich quantitative Aussagen über die kleinstmögliche Anzahl der reagie-

renden Teilchen, über die Stoffmengen aller Stoffe sowie über das Stoffmengenverhältnis der Stoffe unter-

einander ableiten.

1 Aus der Reaktionsgleichung abgeleitet

a) Berechne die Masse an Eisen, die zur

Herstellung von 88 g Eisen(II)-oxid (FeO)

umgesetzt wird.

▼

b) 50 g Natrium sollen vollständig verbrannt

werden. Berechne die erforderliche Masse

an Sauerstoff.

▼1. Analysieren der Aufgabenstellung:

Gesucht:

Gegeben:

m(FeO) =

M(Fe) =

M(FeO) =

Gesucht:

Gegeben:

2. Reaktionsgleichung:

3. Stoffmengen der reagierenden Stoffe:

4. Massenverhältnis der gesuchten zur gegebenen Größe unter Nutzung von m = n · M:

5. Umformen der Gleichung nach der gesuchten Größe:

6. Einsetzen der bekannten Größen und Ergebnis ausrechnen:

7. Antwortsatz:

54 Wahlthemen

Edelgase

Grundwissen

Die Elemente der VIII. Hauptgruppe bilden die Elementgruppe der Edelgase. Zu ihnen gehören Helium,

Neon, Argon, Krypton, Xenon und das radioaktive Radon.

1 Fragen rund um Edelgase

a) Warum werden die Edelgase als edel bezeichnet?

b) Worauf sind die niedrigen Siedetemperaturen der Edelgase zurückzuführen?

c) Erkläre die Reaktionsträgheit der Edelgase.

d) Erläutere, warum Edelgase von allen Elementen erst so spät entdeckt wurden.

Schwefel – gelb und wandelbar

Grundwissen

Schwefel ist ein meist gelber, wasserunlöslicher Feststoff und gehört zu den Nichtmetallen. An der Luft

verbrennt er mit charakteristischer blauer Flamme zu dem giftigen Gas Schwefeldioxid, das in Deutsch-

land lange Zeit für die starke Luftverschmutzung verantwortlich war.

1 Auf die Verknüpfung kommt es an

Die beiden Fotos zeigen Stoffproben des Schwefels. Begründe das unterschiedliche Aussehen.

Wahlthemen 55

3 Chemische Reaktion – Veränderung von Teilchen

Reaktionsgleichungen kennzeichnen auch Veränderungen von Teilchen.

Entwickle die Reaktionsgleichung für die Bildung von Schwefeldioxid. Gib die Art der Teilchen an.

Skizziere, wie du dir die Anordnung der Teilchen vorstellst.

Reaktionsgleichung: + →

Art der Teilchen:

Anordnung der

Teilchen im Modell:

Kohlenstoff – von weich bis megahart

Grundwissen

Auch von dem Nichtmetall Kohlenstoff gibt es mehrere Modifikationen. Die wichtigsten sind Graphit

und Diamant.

1 Kohlenstoff – Bau und Eigenschaften


Modifikation des Kohlenstoffs

Teilchen, aus denen die

Modifikation besteht

Anordnung der Teilchen

im Modell

Unterschiede im Bau der

beiden Modifikationen

Unterschiedliche Eigen-

schaften der beiden

Modifikationen

56 Wahlthemen

Silicium – vom Sand zum Computerchip

Grundwissen

Silicium ist das zweithäufigste Element der Erdkruste. Es kommt in der Natur nur in Verbindungen vor.

Silicium ist ein Halbmetall, es steht also mit seinen Eigenschaften zwischen den Metallen und den

Nichtmetallen.

1 Stoffeigenschaften von Silicium

a) Nenne Stoffeigenschaften von Silicium. Ordne nach metallischen und nichtmetallischen Eigenschaften.

Nichtmetallische Eigenschaften:

Metallische Eigenschaften:

b) Begründe die große Härte von Silicium mit seinem Bau.

2 Mangel an Silicium?

Silicium ist das häufigste Element in der Erdkruste. Dennoch war dieses Halbmetall in den letzten Jahren

so knapp und teuer, dass z. B. die Solarindustrie, die Silicium benötigt, in ihrem Wachstum gebremst

wurde. Erkläre diesen Widerspruch.

3 Nur mit ein paar Fremdatomen verunreinigt?

In der Halbleiterindustrie werden hochreine Einkristalle von Silicium benötigt, bei denen auf

10 Milliarden Siliciumatome nur ein einziges Fremdatom kommt. Überschlage, wie viele Fremdatome

es in einem Ein kristall von 28 kg gibt. Gib in deiner Antwort auch die Reinheit eines solchen Kristalls

in Prozent an.

Siliciumeinkristall

Wahlthemen 57

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