rundum chemie - Schulbuchzentrum Online

Rundum Chemie
Lösungen zu den Aufgaben
im SchülerInnenband
HAK/HLW
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 1
A 9
Die Naturwissenschaften erforschen systematisch die Vorgänge und Zusammenhänge in der Natur.
330 mL Coca-Cola wiegen 340 g. Die Dichte beträgt also
1,03 g · mL–1. Bei Cola-light wiegen 330 mL 323 g. Damit
ergibt sich eine Dichte von 0,98 g · mL–1.
A 2
A 10
Die Chemie beschäftigt sich mit Stoffen und ihren Eigenschaften sowie mit Stoffänderungen.
A 3
A 11
In der Chemie versteht man unter einem Stoff eine Substanz, die durch bestimmte Eigenschaften charakterisiert
ist.
Fett ist in Wasser unlöslich, aber in Benzin gut löslich. Der
Fettfleck lässt sich daher mit Waschbenzin entfernen.
A 4
A 12
Die Geologie ist eine Naturwissenschaft, die sich mit der
Gestalt, dem Aufbau, der Entwicklung und der stofflichen
Zusammensetzung der Erde beschäftigt.
Zunächst wird eine gesättigte Lösung von Alaunsalz in
Wasser bei über 80 °C hergestellt und gut umgerührt.
Wenn die Temperatur der Lösung auf 80 °C gesunken ist,
gießt man genau 20 g Lösung in ein zuvor gewogenes
Becherglas und dampft sie ein. Dann wird das Becherglas
mit dem Salz gewogen. Aus der Differenz der beiden
Wägungen errechnet sich die Masse des zuvor gelösten
Salzes. Aus der Differenz der Masse der eingedampften
Lösung (20 g) und der Masse des Salzes erhält man die
Masse des verdampften Wassers. Aus der Masse des Salzes und der Masse des verdampften Wassers kann schließlich die Löslichkeit berechnet werden. Wenn die Lösung
auf 20 °C abgekühlt ist, wird ihr nochmals eine 20 g Probe
entnommen und wie oben beschrieben verfahren.
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
A 5
Astronomie ist eine Naturwissenschaft. Sie beschäftigt sich
mit den Sternen und mit dem Weltall. Die Astrologie dagegen arbeitet nicht mit naturwissenschaftlichen Methoden.
Sie versucht, aus Stellungen der Sterne und Planeten das
Schicksal der Menschen vorherzusagen.
Seite 9/V2
In der heißesten Zone der Flamme direkt über dem Innenkegel herrscht eine Temperatur von bis zu 1250 °C. An der
Spitze des äußeren Kegels kann man 1100 °C messen; im
Innenkegel beträgt die Temperatur nur rund 400 °C.
A 6
r (Olivenöl) =
18,4 g
= 0,92 g · mL–1
20 mL
A 13
Es handelt sich um Luft. Sie war zuvor in Wasser gelöst
und entweicht bei höherer Temperatur in Form feiner Gasbläschen.
A 14
Es handelt sich um Wasserdampf.
A 7
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER In 1 kg Wasser lösen sich bei 20 °C maximal 360 g Kochsalz, 2040 g Zucker oder 2 g Gips.
V (Luft) = 12 m · 8 m · 2,7 m = 259,2 m3 = 259 200 L
m (Luft) = r (Luft) · V
= 1,2 g · L–I · 259200 L = 311040 g = 311 kg
A  8
Beide Typen von Ballons schweben in der Luft, weil ihre
Dichte kleiner ist als die von Luft. Helium besitzt als Ballongas eine rund sieben mal kleinere Dichte als Luft. Auch
die durch einen Propanbrenner auf einige Hundert Grad
erhitzte Luft hat eine kleinere Dichte als Luft bei normaler
Temperatur.
A 15
Durch die Bewegung der Wasser-Teilchen werden die
Zucker-Teilchen aus dem festen Verband der Zucker-Kristalle herausgelöst und im Laufe der Zeit gleichmäßig in der
Lösung verteilt.
A 16
Durch die Bewegung von Luft-Teilchen in der Luft und von
Parfüm-Teilchen im Parfümdampf vermischen sich beide
Teilchenarten allmählich. Parfüm-Teilchen verteilen sich so
im Laufe der Zeit im ganzen Zimmer.
2
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
Lösungen
Seite 16/V 1
Limonade: Wasser, Kohlensäure, Farbstoff E150 d, Süßstoffe (Natriumcyclamat, Acesulfam-K, Aspartam), Phosphorsäure, Zitronensäure, Aroma
a)
Temperatur in °C
80
Schokolade: Zucker, Kakaobutter, Sahnepulver, Kakaomasse, Süßmolkenpulver, Magermilchpulver, Milchzucker,
Lecithin, Vanillin
70
A 20
Tee, Braunglas, Granit und Schmuckgold sind homogene
Gemische; trüber Apfelsaft, Orangennektar und Sandstein
sind heterogene Gemische.
60
50
Zeit in min
0
2
4
6
8
10
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
Hinweis: Unmittelbar vor jedem Ablesen des Messwertes
muss man mit dem Thermometer gut umrühren.
b) Die Siedetemperatur von Ethanol beträgt 78 °C. Die
Temperatur bleibt so lange konstant, bis die Flüssigkeit
verdampft ist: Die Verdampfungswärme wird benötigt, um
die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen in der Flüssigkeit zu überwinden.
a) Beim Erhitzen des Cola-Getränkes entweicht ein Gas,
das Kalkwasser trübt. Nach Zugabe der Aktivkohle entfärbt
sich die Flüssigkeit. Beim Eindampfen der Flüssigkeit erhält
man einen weißen Rückstand, der sich bei weiterem Erhitzen dunkel färbt.
b) Im Arbeitsschritt 3 wird gelöstes Kohlenstoffdioxid-Gas
ausgetrieben.
c) typische Messwerte:
Zuckeranteil: 5,5–5,8 g in 50 mL bzw. 11–12 %
Seite 16/V 2
a) Das Ethanol verdampft. Das Volumen des Dampfes ist
sehr viel größer als das der Flüssigkeit.
d) Beim Trennverfahren handelt es sich um eine Adsorption: Die Farbstoff-Teilchen werden an die Oberfläche der
Aktivkohle gebunden und können dann zusammen mit der
Aktivkohle durch Filtration abgetrennt werden.
b)
e) Die Dichte des Cola-Getränks beträgt nach Entfernung
des Kohlenstoffdioxids 1,045 g · mL–1. Dies entspricht einem Zuckeranteil von etwa 12 %.
Seite 22/V 2
fest
gasförmig
A 17
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER Seite 22/V 1
homogene Gemische: Salzwasser, Messing, Luft
heterogene Gemische: Waschpulver, Studentenfutter, Wasserfarbe
A 18
Das Wasser steigt in dem Chromatografie-Papier nach
oben und nimmt dabei die einzelnen Farbstoffe unterschiedlich weit mit. Schließlich zeigen sich auf dem Papierstreifen verschiedene Flecken in den Farbtönen rot, gelb
und blaugrün.
A 20
Reinstoffe teilt man in Elemente (z. B. Eisen, Kupfer) und
Verbindungen (z. B. Kupfersulfid, Kupferiodid) ein.
A 21
Ein Reinstoff hat stets gleich bleibende Eigenschaften.
Elemente sind Reinstoffe, die man nicht weiter zerlegen
kann. Verbindungen lassen sich dagegen in die Elemente
zerlegen, aus denen sie aufgebaut sind.
A 19
Beispiele:
Haarshampoo: Wasser, Natriumlaurylsulfat, Laureth-2,
Natriumchlorid, Panthenol, Niacinamid, Glycoldistearat,
PEG-7-Glycerylcocoat, Cocamidopropylbetain, Zitronensäure, Ethoxydiglycol, Propylenglycol, Butylenglycol, Parfüm, Natriumbenzoat, Natriumsalicylat
A 22
Als Synthese bezeichnet man die Herstellung einer Verbindung aus den jeweiligen Elementen. Unter Analyse versteht
man die Zerlegung einer Verbindung.
3
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 23
gasförmige Elemente: Wasserstoff, Helium, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Neon, Chlor, Argon, Krypton, Xenon, Radon
A 24
Für die Angabe von Atommassen benutzt man eine eigene
Einheit, weil die sonst verwendeten Masseneinheiten viel
zu groß sind. Die atomare Masseneinheit ist 1 u.
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A 32
Massenverhältnis:
m (Kupfer) 1 g
=
2g
m (Iod)
A 25
Anzahl N der Kupfer-Atome:
1 u < m (Wasserstoff-Atom)
1 u = 1,66 · 10–24 g
N (Cu-Atome) =
A 26
m (Kupfer)
m (Cu-Atom)
=
1g
63,5 u
23
=
1 · 6 · 10 u
Anzahl N der Iod-Atome:
A 27
N (I-Atome) =
m (Sauerstoff-Atom) =
26,5 · 10-24 g
= 16 u
1,66 · 10-24 g · u-1
A 28
g:Magnesium
M
H: Wasserstoff
C: Kohlenstoff
Pb: Blei
Ge: Germanium
Au: Gold
m (Iod)
=
m (I-Atom)
2g
127 u
23
=
2· 6 · 10 u
127 u
22
= 0,95 · 10
22
Atomanzahlverhältnis:
N (Cu-Atome)
0,95 · 10
1
=
=
22
0,95 · 10
N (I-Atome)
1
Verhältnisformel: CuI
A 33
Verhältnisformel: FeS
Atomanzahlverhältnis:
A 29
22
= 0,95 · 10
63,5 u
m (Wasserstoff-Atom) = 1 u = 1,66 · 10–24 g
m (Sauerstoff-Atom)
= 0,000 000 000 000 000 000 000 020 5 g = 26,5 · 10–24 g
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER dem die beiden Elemente miteinander reagieren und in der
Verbindung enthalten sind. Danach kann man aus dem
Massenverhältnis mit Hilfe der Atommassen das Atomanzahlverhältnis errechnen. Die Verhältnisformel gibt dann
die Symbole der beteiligten Elemente und – als kleine, tief
gestellte Zahlen – das Atomanzahlverhältnis an.
N (Fe-Atome)
N (S-Atome)
=
1
1
N: Nitrogenium (lat.: Stickstoff)
O: Oxygenium (lat.: Sauerstoff)
Sb: Stibium (lat.: Antimon)
Masse Eisen:
m (Eisen) = m (Fe-Atom) · N (Fe-Atom) = 56 u · 1 = 56 u
A 30
Masse Schwefel:
m (Schwefel) = m (S-Atom) · N (S-Atom) = 32 u · 1 = 32 u
a) Salzartige Stoffe sind kristalline Feststoffe. Die Salzkristalle bestehen aus einem gitterartigen Atomverband aus
sehr vielen Atomen.
Molekülverbindungen sind Gase, Flüssigkeiten und leicht
flüchtige Feststoffe. Im Gegensatz zu salzartigen Stoffen
sind sie aus Molekülen aufgebaut. Moleküle sind kleinste
Teilchen, die aus einer bestimmten, kleinen Anzahl von
Atomen bestehen.
Massenverhältnis:
b) Verhältnisformeln geben das Atomanzahlverhältnis in
einem Atomverband an. Molekülformeln machen zusätzlich
eine Aussage über die genaue Anzahl der Atome in einem
Molekül.
A 35
A 31
Zunächst muss man das Massenverhältnis bestimmen, in
m (Eisen)
m (Schwefel)
=
56 u
32 u
=
7
4
A 34
Bei der Formel C6H12O6 muss es sich um eine Molekülformel handeln. Die entsprechende Verhältnisformel wäre
CH2O.
RUTHERFORD entwickelte das Kern/Hülle-Modell: Danach
hat ein Atom ein Massezentrum mit positiver Ladung, den
Atomkern. Um den Atomkern bewegen sich die negativ
geladenen, fast masselosen Elektronen. Sie bilden die
Atomhülle (Elektronenhülle).
4
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 36
A 41
Die meisten a-Teilchen gelangen ungehindert durch die
Goldfolie, da sie weder von den Atomkernen abgelenkt
werden noch mit ihnen zusammenstoßen. Sie sind auf dem
Schirm gegenüber der Lochblende zu sehen. Einige a-Teilchen werden durch Atomkerne von ihrer Bahn abgelenkt
oder durch den Zusammenstoß mit Atomkernen zurückgeworfen.
Wasserstoff besitzt mehrere Isotope. Ein Wasserstoff-Atom
hat ein Proton und ein Elektron. Ein Deuterium-Atom hat
ein Proton, ein Neutron und ein Elektron.
Ein Tritium-Atom hat ein Proton, zwei Neutronen und ein
Elektron. Alle drei Atomarten gehören zum Element Wasserstoff, denn sie besitzen jeweils ein Proton.
A 42
A 37
Magnesium:
0,787 · 24 u + 0,101 · 25 u + 0,112 · 26 u = 24,325 u
d (Atomkern) = 3 cm; er ist 10 000-mal kleiner als das Atom
selbst.
d (Atom) = 10 000 · 3 cm = 30 000 cm = 300 m
A 38
Schwefel:
0,95 · 32 u + 0,008 · 33 u + 0,042 · 34 u = 32,092 u
positiv geladene Ionen: Aus der Atomhülle wurden Elektronen abgegeben, daher übersteigt die Anzahl der positiven
Ladungen im Kern die Anzahl der negativen Ladungen in
der Hülle.
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
Silicium:
0,922 · 28 u + 0,047 · 29 u + 0,031 · 30 u = 28,109 u
negativ geladene Ionen: In die Atomhülle wurden Elektronen aufgenommen, daher übersteigt die Anzahl der negativen Ladungen in der Hülle die Anzahl der positiven
Ladungen im Kern.
A 39
Diese Werte sind nur wenig größer als die Tabellenwerte.
Hinweis: Ursache für die Abweichung ist der Massendefekt, also die Umwandlung eines kleinen Anteils der Masse
in Energie bei der Bildung von Atomen aus den Elementarteilchen.
A 43
Te: 128 u
I: 127 u
52
53
Das Kern/Hülle-Modell und der Streuversuch von
RUTHERFORD zeigen, dass das Atom aus kleineren Teilchen besteht, die im Atomkern bzw. in der Atomhülle angeordnet sind. Auch das Auftreten radioaktiver Strahlung
weist auf die Teilbarkeit von Atomen hin. Der Name Atom
wurde aber beibehalten, da er bereits zu einem festen
Begriff in der Fachsprache geworden war.
Der Atomkern des Iods enthält mit 53 Protonen ein Proton
mehr als der des Tellurs. Die Zahl der Protonen bestimmt
die Ordnungszahl. Die größere Atommasse des Tellurs
ergibt sich aus zwei zusätzlichen Neutronen.
A 44
A 40
m (D2O) = 20 u → M (D2O) = 20 g · mol–1
Anzahl der
Protonen
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER H
H
3
H
12
C
13
C
14
C
16
O
23
Na
27
Al
31
P
32
S
40
Ca
127
I
137
Ba
235
U
238
U
1
2
1
1
1
6
6
6
8
11
13
15
16
20
53
56
92
92
Anzahl der
Neutronen
0
1
2
6
7
8
8
12
14
16
16
20
74
81
143
146
Ordnungszahl
A 45
1
1
1
6
6
6
8
11
13
15
16
20
53
56
92
92
Nach DALTON sind Atome unteilbar; alle Atome eines Elements sind einander gleich, haben also auch die gleiche
Masse. Die Bildung von Ionen, die Radioaktivität und das
Auftreten von Isotopen konnten mit diesem Modell nicht
erklärt werden, sie ließen sich aber mit Hilfe des Kern/
Hülle-Modells beschreiben.
A 46
Für den Nachweis von Protonen und Elektronen spielte ihre
elektrische Ladung eine entscheidende Rolle. Für den
Nachweis der ungeladenen Neutronen musste daher eine
völlig neue Versuchsanordnung entwickelt werden.
5
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 47
A 51
Durch kosmische Strahlung wird laufend das radioaktive
Nuklid 14C gebildet. Es sendet b-Strahlen aus und hat eine
Halbwertszeit von 5 730 Jahren. Über die Photosynthese
gelangt das Nuklid in Pflanzen und mit der Nahrung auch
in den Organismus von Tieren und Menschen. Während
der gesamten Lebenszeit bleibt der 14C-Anteil konstant.
Wenn das Lebewesen gestorben ist, sinkt der Anteil des
14C-Nuklids durch den radioaktiven Zerfall. Über die
Bestimmung des noch vorhandenen Rests des Nuklids
lässt sich dann beispielsweise das Alter von Holz oder
Knochen ermitteln.
Argon
Abstand vom Kern
Elektronen
der M-Schale
●●●●●●●●
3. Energiestufe
Elektronen
der L-Schale
●●●●●●●●
2. Energiestufe
Elektronen
der K-Schale
●● 1. Energiestufe
A 47
18 p+
22 n
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Atomkern
Um den Atomkern, der aus Protonen und Neutronen aufgebaut ist, kreisen die Elektronen in Elektronenschalen. Die
Elektronenschalen bezeichnet man von innen nach außen
mit den Buchstaben K, L, M, N, O, P, Q.
Man ordnet die Elemente nach steigender Protonenzahl
und damit auch Elektronenzahl. Von Element zu Element
nimmt die Zahl der Protonen und Elektronen im Atom um
eins zu.
Die Schalen werden von innen nach außen mit Elektronen
besetzt. Für die maximale Anzahl z der Elektronen, die eine
Schale aufnehmen kann, gilt die Beziehung z = 2 · n2, wobei
n die Nummer der Schale ist.
A 48
Element Verteilung der Elektronen
K
L
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER B
6 C
7 N
8 O
12 Mg
13 Al
14 Si
15 P
16 S
5
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
4
5
6
8
8
8
8
8
M
Calcium
Abstand vom Kern
Elektronen
der N-Schale
●● 4. Energiestufe
Elektronen
der M-Schale
●●●●●●●● 3. Energiestufe
Elektronen
der L-Schale
●●●●●●●●
2. Energiestufe
Elektronen
der K-Schale
●● 1. Energiestufe
Atomkern
2
3
4
5
6
Die K-Schale ist in allen Fällen voll besetzt. Beginnend mit
Magnesium ist auch die L-Schale voll besetzt.
A 49
Die Energie, die erforderlich ist, um ein Elektron vollständig
aus der Atomhülle zu entfernen, nennt man lonisierungsenergie.
20 p+
20 n
A 52
a)MENDELEJEW sagte 1869 für ein noch unbekanntes
Element mit ähnlichen Eigenschaften wie Aluminium (das
dritte Element der 13. Gruppe des PSE: Gallium) die
Atommasse 68 u voraus. Die tatsächliche Atommasse
von Gallium beträgt 69,7 u. Für das 3. Element der 14.
Gruppe vermutete er die Atommasse 70 u. Die tatsächliche Atommasse des Elements Germanium („Eka-Silicium“) beträgt 72,6 u.
b)Gallium: 1875, Lecoq DE BOISBAUDRAN
Germanium: 1886, Clemens WINKLER
Scandium: 1879, Lars Frederic NIELSON
A 53
A 50
Die Ionisierungsenergie ist um so größer, je geringer der
Abstand eines Elektrons vom Atomkern ist. Damit hat das
Elektron der äußeren Schale die geringste Ionisierungsenergie. Die Elektronen der 2. Schale haben mittlere Ionisierungsenergien und die Elektronen der kernnächsten inneren
Schale haben die höchsten Ionisierungsenergien.
Innerhalb einer Gruppe des PSE nimmt die Dichte der Elemente zu. Die Schmelztemperatur der metallischen Elemente nimmt in den Gruppen meist ab, die der nichtmetallischen zu. Die Reaktionsfähigkeit der metallischen Elemente
steigt in den Gruppen, die der Nichtmetalle nimmt ab.
6
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Lösungen
A 54
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Na
A 59
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Cr2O3 enthält Cr3+-Ionen und O2–-Ionen.
PbO2 besteht aus Pb4+-Ionen und O2–-Ionen.
A 55
A 60
Die Elemente der 2. Gruppe heißen Erdalkalimetalle. Die
Atome dieser Elemente haben zwei Außenelektronen. Da
die Außenelektronen die chemischen Reaktionen beeinflussen, haben diese Elemente ähnliche Eigenschaften.
Natriumoxid: Na2O
Bismutsulfid: Bi2S3
A 56
a) Beim Erhitzen schmilzt der Schwefel und verdampft
schließlich. Das heiße Kupferblech glüht auf, sobald der
Schwefeldampf mit ihm in Kontakt kommt. Dabei entsteht
ein blauschwarzes Reaktionsprodukt.
Element Atombau
Li
3 Protonen, 3 Elektronen
4 Neutronen
I. Hauptgruppe
2. Periode
C
6 Protonen, 6 Elektronen
6 Neutronen
IV. Hauptgruppe
2. Periode
Mg
12 Protonen, 12 Elektronen
12 Neutronen
II. Hauptgruppe
3. Periode
Al
13 Protonen, 13 Elektronen
14 Neutronen
III. Hauptgruppe
3. Periode
Periodensystem
Ordnungszahl 3
Massenzahl 7
1 Außenelektron
2 besetzte Schalen
Ordnungszahl 6
Massenzahl 12
4 Außenelektronen
2 besetzte Schalen
Ordnungszahl 12
Massenzahl 24
2 Außenelektronen
3 besetzte Schalen
Ordnungszahl 13
Massenzahl 27
3 Außenelektronen
3 besetzte Schalen
A 57
Metalle bilden positiv geladene Ionen, Nichtmetalle negative
geladene Ionen.
Seite 40/V 1
b) Das Reaktionsprodukt unterscheidet sich von den Ausgangsstoffen Kupfer und Schwefel durch seine Farbe.
Außerdem ist es hart und spröde.
c) Ein neuer Stoff mit neuen Eigenschaften ist entstanden.
Außerdem findet beim Aufglühen ein Energieumsatz statt.
d) Die Freisetzung von Energie erkennt man am Aufglühen
während der Reaktion.
Seite 40/V 2
a) Zunächst bildet sich violetter Ioddampf. Wenn das erhitzte Kupferblech mit dem Dampf in Kontakt kommt,
beobachtet man eine Entfärbung des Dampfes. Gleichzeitig bildet sich ein weißer Feststoff.
b) Das Reaktionsprodukt hat eine andere Farbe als die
Ausgangsstoffe. Außerdem ist es hart und spröde.
A 61
A 58
Regel: Die Ladungszahl von Metall-Ionen stimmt mit der
Gruppennummer überein.
Begründung: Metall-Atome geben bei der Ionenbildung die
Elektronen ihrer Außenschalen ab. Da die Anzahl ihrer
Außenelektronen mit der Gruppennummer übereinstimmt,
ist auch die Ladungszahl der entstehenden Ionen mit der
Gruppennummer identisch.
Regel: Um die Ladungszahl von Ionen der nichtmetallischen
Elemente zu bestimmen, zieht man bei der fünften bis siebten Hauptgruppe die Gruppennummer von der Zahl acht
ab.
Begründung: Die Atome der nichtmetallischen Elemente
nehmen bei der Ionenbildung so viele Elektronen auf, bis
sie mit insgesamt acht Elektronen die Edelgaskonfiguration
erreicht haben. Da die Anzahl ihrer Außenelektronen mit der
Gruppennummer übereinstimmt, ist die Anzahl der noch
aufzunehmenden Elektronen die Differenz aus der Zahl acht
und der Gruppennummer.
Chemische Reaktionen erkennt man daran, dass neue
Stoffe entstehen. Außerdem findet dabei stets ein Energieumsatz statt.
A 62
–
–
–
–
Bildung von Kupfersulfid
Bildung von Kupferiodid
Anzünden eines Streichholzes
Auflösen einer Brausetablette
A 63
a) Das Reaktionsprodukt hat andere charakteristische
Eigenschaften als die Ausgangsstoffe.
b) Beim Erhitzen schmilzt der Schwefel und verdampft
schließlich. Das heiße Kupferblech glüht auf, sobald der
Schwefeldampf mit ihm in Kontakt kommt. Dabei entsteht
ein blauschwarzes Reaktionsprodukt.
7
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 64
A 74
a) Bei exothermen chemischen Reaktionen wird Wärme
abgegeben, bei endothermen Reaktionen wird Wärme aufgenommen.
Gegeben: V (Sauerstoff) = 10 L
Vm (80 °C, 1013 hPa) = 29,0 L · mol–1
b)
exotherm: Bildung von Kupfersulfat-Hydrat aus Kupfersulfat und Wasser; Verbrennen von Holz
V (Sauerstoff)
n (O2)
V (Sauerstoff)
10 L
n (O2) =
=
= 0,34 mol
29 L · mol-1
Vm
endotherm: Bildung von Kupfersulfat und Wasser aus Kupfersulfat-Hydrat; Grillen von Fleisch
In 10 L Sauerstoff ist bei 80 °C und normalem Luftdruck
die Stoffmenge n (O2) = 0,34 mol enthalten.
A 65
A 75
Kupfersulfat + Wasser → Kupfersulfat-Hydrat; exotherm
b) Das Gas wird flüssig, ehe sein molares Volumen
0 L · mol–1 beträgt. Dann aber gilt der dargestellte Zusammenhang zwischen molarem Volumen und Temperatur
nicht mehr.
A 66
Vm =
chemische Reaktionen: c), e)
A 76
A 67
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
Kupfer + Schwefel → Kupfersulfid; exotherm
Kupferglanz wird an der Luft erhitzt. Dabei bildet sich Kupferstein, ein Gemisch aus Kupferoxid und Kupfersulfid.
Bläst man bei etwa 900 °C Sauerstoff in dieses Gemisch,
so erhält man Rohkupfer, das anschließend noch gereinigt
wird.
Zink + Schwefel → Zinksulfid; exotherm
Die Reaktion von Zink mit Schwefel ist stärker exotherm
als die Reaktion von Kupfer mit Schwefel.
A 68
A 77
2 CuI (s) → 2 Cu (s) + I2 (g); endotherm
A 69
Unter Aktivierungsenergie versteht man die Energie, die
man benötigt, um eine chemische Reaktion in Gang zu
setzen.
2 Al (s) + 3 I2 (g) → 2 AlI3 (s)
A 78
A 70
Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Aktivierungsenergie
einer chemischen Reaktion herabsetzt.
2 Cu (s) + S (s) → Cu2S (s)
A 71
A 79
Energie
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER Wasserstoffperoxid → Wasser + Sauerstoff; exotherm
Auf der linken und auf der rechten Seite einer Reaktionsgleichung müssen immer gleiche Atomanzahlen stehen.
Kennt man die Formel eines beteiligten Stoffes nicht, kann
man die Faktoren vor den Formeln nicht korrekt angeben.
aktivierterZustand
ohne Braunstein
aktivierter Zustand
mit Braunstein
A 72
Aus der Grafik entnimmt man den Wert:
Vm (100 °C, 1013 hPa) = 30,3 L · mol–1
A 73
Da Teilchen immer in ganzzahligen Verhältnissen miteinander reagieren und für gasförmige Stoffe das Gesetz von
AVOGADRO gilt, müssen bei der Reaktion von Gasen
ganzzahlige Volumenverhältnisse auftreten.
Hinweis: Die Volumenverhältnisse sind dabei gleich den
Teilchenanzahlverhältnissen.
Ausgangsstoff:
Wasserstoffperoxid
Endstoffe:
Wasser +
Sauerstoff
A 80
Die chemische Energie von Kohle und Luft (Sauerstoff)
wird in Wärmeenergie umgewandelt. Damit wird Wasser
erhitzt und verdampft. Der heiße Wasserdampf (Wärme-
8
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
energie) treibt einen Generator an, der dadurch wie ein
Dynamo am Fahrrad in eine Drehbewegung versetzt wird
(Bewegungsenergie). Der Generator selbst wandelt die
Bewegungsenergie in elektrische Energie um.
A 81
Für das Anzünden eines Streichholzes benötigt man Aktivierungsenergie.
A 82
Die Aktivierungsenergie für die Verbrennungsvorgänge im
Motor eines Autos liefert die Autobatterie im Form eines
Zündfunkens.
chen die erforderliche Energie besitzen. Die Energie der
Teilchen nimmt mit steigender Temperatur zu. Für viele
Reaktionen gilt die Reaktionsgeschwindigkeits/Temperatur-Regel (RGT-Regel): Eine Erhöhung der Temperatur um
10 °C verdoppelt bis vervierfacht die Reaktionsgeschwindigkeit.
Katalysatoreinsatz: Die für den Start einer chemischen
Reaktion erforderliche Aktivierungsenergie wird durch den
Katalysator verringert, weil an seiner Oberfläche Teilchen
mit relativ geringer Energie Zwischenverbindungen bilden
können, die dann weiter reagieren. Nach Beendigung der
Reaktion liegt der Katalysator unverändert vor.
A 86
Laut RGT-Regel müsste gelten:
A 83
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
Die bei der exothermen Reaktion der Nährstoffe mit Sauerstoff frei werdende Energie wird zum Teil in Wärmeenergie
und zum Teil in Bewegungsenergie umgewandelt. Ein weiterer Teil wird als chemische Energie in Form von Fett oder
anderen Reservestoffen gespeichert.
b) Die Reaktion dauert ein Achtel bis ein Viertel so lang wie
die ursprüngliche Reaktion, also etwa 12 s bis 25 s.
A 87
A 84
a) 2 H2O2 (aq) → 2 H2O (l) + O2 (g)
a) Zu Beginn der Reaktion verläuft die Bildung von Kohlenstoffdioxid sehr schnell. Dementsprechend nimmt auch die
Konzentration der Wasserstoff-Ionen rasch ab. Im Verlaufe
der Reaktion wird die Gasentwicklung langsamer. Gegen
Ende der Reaktion entsteht kaum noch Kohlenstoffdioxid
und die Konzentration der Wasserstoff-Ionen sinkt praktisch auf null.
b) Pro Calcium-Ion werden entsprechend der Reaktionsgleichung zwei Wasserstoff-Ionen gebraucht:
CaCO3 (s) + 2 H+ (aq) → Ca2+ (aq) + H2O (l) + CO2 (g)
Daraus folgt, dass in jedem Zeitintervall auch doppelt so
viele Wasserstoff-Ionen verbraucht werden wie CalciumIonen in Lösung gehen. Die Reaktionsgeschwindigkeiten in
Bezug auf die beiden Ionensorten verhalten sich daher wie
2 : 1.
A 85
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER a) Die Reaktion dauert ein Viertel bis halb so lang wie die
ursprüngliche Reaktion, also etwa 25 s bis 50 s.
Die Reaktionsgeschwindigkeit nimmt zu, wenn man die
Konzentration, den Druck (bei Gasen) oder die Temperatur
erhöht oder einen Katalysator einsetzt.
Konzentrationserhöhung (Druckerhöhung): Die wichtigste
Voraussetzung für eine chemische Reaktion ist, dass die
beteiligten Teilchen wirksam zusammenstoßen. Die Anzahl
der Zusammenstöße erhöht sich mit der Anzahl der Teilchen pro Volumeneinheit. Daraus ergibt sich, dass die
Reaktionsgeschwindigkeit bei höheren Konzentrationen
zunimmt. Bei Gasreaktionen erreicht man die größere Konzentration durch Druckerhöhung.
Temperaturerhöhung: Eine weitere Voraussetzung für eine
chemische Reaktion ist, dass die zusammenstoßenden Teil-
b)
c (H2O2) in
mol
L
0,15
0,10
0,05
0
t in s
0
50
100
150
200
c) Bei doppelter Katalysatormenge ist auch die Oberfläche
des Katalysators doppelt so groß. Da die Reaktion an der
Oberfläche des Katalysators abläuft, sollte auch die Reaktionsgeschwindigkeit doppelt so groß sein.
A 88
Beispiele:
–Verdampfen von Wasser aus Salzlösungen/Lösen von
Salz in Wasser
–Verdampfen von Wasser/Kondensieren von Wasserdampf
–Bildung von Wasserdampf bei der Knallgasreaktion/ Spaltung von Wasserdampf an einem glühenden Platindraht
–Bildung einer Zinkbromid-Lösung aus Zink und Bromwasser/Elektrolyse einer Zinkbromid-Lösung
–Entladen/Laden eines Akkumulators
9
A 89
A 91
a) Am Anfang der Reaktion ist die Konzentration der Ausgangsstoffe hoch. Damit ist auch die Reaktionsgeschwindigkeit hoch. Die gebildeten Produkte wandeln sich dann
teilweise wieder in die Ausgangsstoffe um. Diese Rückreaktion ist anfangs langsam, da die Konzentration der Produkte noch gering ist.
Mit abnehmender Konzentration der Ausgangsstoffe steigt
die Konzentration der Produkte, bis sich schließlich genau
so viele Teilchen umsetzen, wie entstehen. Die Konzentrationen bleiben also konstant. Es hat sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt, in dem die Geschwindigkeit der
Hinreaktion genauso groß ist wie die der Rückreaktion.
Alkalimetall-Atome haben ein Elektron in der Außenschale.
Sie erreichen die Edelgaskonfiguration durch Abgabe dieses Elektrons. Alkalimetall-Ionen sind daher einfach positiv
geladen.
b) Ein chemisches Gleichgewicht ist ein Zustand, in dem
die Reaktion nur scheinbar zur Ruhe gekommen ist. Es werden ständig genau so viele Teilchen umgesetzt, wie Teilchen entstehen.
c) Zunächst bildet sich Hydrogeniodid in verhältnismäßig
schneller Reaktion:
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
H2 (g) + I2 (g) → 2 HI (g)
Die Geschwindigkeit nimmt dann mit abnehmender Konzentration der Ausgangsstoffe allmählich ab.
Mit dem gebildeten Hydrogeniodid setzt die Rückreaktion
ein:
2 HI (g) → H2 (g) + I2 (g)
Das Fluorid-Ion hat acht Elektronen in der L-Schale und
besitzt damit die Neon-Konfiguration.
A 93
Das Lithium-Ion hat insgesamt nur zwei Elektronen, sodass
lediglich die K-Schale voll besetzt ist; es besitzt damit die
Helium-Konfiguration.
A 94
Halogenid-Ionen entstehen aus Halogen-Atomen durch
Aufnahme eines Elektrons. Keines der Halogen-Atome hat
aber eine geringere Anzahl von Elektronen als das HeliumAtom. (Ein Anion mit zwei Elektronen kann sich nur im Falle
des Wasserstoffs bilden: H –, das Hydrid-Ion.)
A 95
Ein Kristallgitter gibt die räumliche Anordnung der Bausteine in einem Kristall wieder.
A 96
In einem abgeschlossenen System stellt sich nach einer
gewissen Zeit das chemische Gleichgewicht ein. Es setzen
sich also pro Zeitintervall genauso viele HydrogeniodidTeilchen um, wie gebildet werden:
Im Raumgittermodell werden die Abstände der Zentren der
Gitterbausteine besonders deutlich. Für die Bausteine im
Inneren lassen sich auch die Koordinationszahlen erkennen. Das Kugelpackungsmodell gibt die Ionenradien wieder und zeigt, welchen Raum die Gitterbausteine einneh
H2 (g) + I2 (g)
A 97
2 HI (g)
Geht man von der Zersetzung von Hydrogeniodid aus,
ergibt sich der gleiche Endzustand.
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER A 92
Die Geschwindigkeit dieser Reaktion nimmt allmählich zu.
A 90
-
-
-
-
-
-
- - - - 20+ - - - -
-
-
-
-
Calcium-Atom (Ca)
-
-
-
-
- - - 16+ - - -
-
-
Schwefel-Atom (S)
-
-
-
-
Metall-Atome können ihre Außenelektronen leicht abgeben.
Dadurch entstehen positiv geladene Metall-Ionen. Diese
Metall-Ionen werden von den sich ungeordnet bewegenden Außenelektronen umgeben. Im Metallgitter wirken
Anziehungskräfte zwischen den positiv geladenen Ionen
und den negativ geladenen Elektronen.
A 98
- - - 20+ - - Elektronenübergang
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
Lösungen
-
-
-
-
2+
Calcium-Ion (Ca )
- - - 16+ - - Sulfid-Ion (S2-)
-
-
Im Kupferdraht sind die frei beweglichen Elektronen die
La-dungsträger, in der Kupfersalz-Lösung sind es die frei
beweglichen Ionen. Die elektrische Leitfähigkeit des Kupferdrahtes ist gleichbleibend, die der Kupfersalz-Lösung
nimmt während des Stromflusses nach und nach ab. In der
Kupfersalz-Lösung läuft daher eine Elektrolyse als chemische Reaktion ab. An den Elektroden werden die Ionen zu
Atomen oder neutralen Molekülen entladen. Somit nimmt
die Anzahl der Ladungsträger ab.
10
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 99
A 104
Bei Abkühlung eines Drahtes nimmt die elektrische Leitfähigkeit zu. Bei niedrigen Temperaturen schwingen die Gitterbausteine nur noch geringfügig hin und her, die Bewegung der Elektronen wird daher weniger behindert.
a) Schalenmodell des Fluor-Atoms:
-
-
A 100
a) Der Eisenstab fühlt sich heißer an. Aus dem Inneren wird
rasch Wärme an die Oberfläche transportiert, sodass sie
sich bei der Berührung mit der kühleren Haut kaum
abkühlt.
b) Als gute Wärmeleiter speichern Metallgegenstände
Wärme auch im Inneren. Berührt man eine Metalloberfläche bei der hohen Temperatur der Sauna, so kann es zu
Verbrennungen kommen, weil Wärme aus dem Inneren
rasch an die Oberfläche geleitet wird.
-
- - 9+ - -
-
Es fehlt noch ein Elektron zur Edelgaskonfiguration des
Neon-Atoms.
b) Schalenmodell des Fluor-Moleküls:
-
-
-
- - 9+ - - - 9+ - - -
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
A 101
Gemeinsamkeiten:
– Der Aufbau der Gitter erfolgt nach dem Prinzip der dichtesten Kugelpackung.
– Die Kationen besetzen feste Gitterplätze.
– Zwischen positiven und negativen Ladungen treten Anziehungskräfte auf.
– Beide Schmelzen leiten den elektrischen Strom.
Unterschiede:
Metallgitter
Ladungsausgleich durch Elektronen
Elektronen besetzen keine festen Gitterplätze.
Plastische Verformung ist möglich.
Leitung des elektrischen Stroms
Ionengitter
Ladungsausgleich durch
Anionen
Anionen besetzen feste
Gitterplätze.
Plastische Verformung ist
nicht möglich.
keine Leitung des elektrischen Stroms
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER A 102
Beide Fluor-Atome erreichen durch das gemeinsame Elektronenpaar im Fluor-Molekül die Edelgaskonfiguration des
Neon-Atoms.
A 105
a) Wasserstoff und Chlor sind Nichtmetalle. Im Gegensatz
zu Metall-Atomen nehmen Nichtmetall-Atome Elektronen
auf und erreichen so eine Edelgaskonfiguration. Bei der
Reaktion von Wasserstoff mit Chlor entsteht so eine Molekülverbindung, das gemeinsame Elektronenpaar zählt für
beide Atome.
b) Schalenmodell des Hydrogenchlorid-Moleküls:
-
-
-
-
1+ -- - - 17+ - - -
A 106
Beim Schmelzen wird das Ionengitter zerstört. Die vorher
auf festen Plätzen sitzenden Ionen sind jetzt frei beweglich.
Sie können elektrische Ladung transportieren.
In der Metallschmelze liegen wie im festen Metall Elektronen als frei bewegliche Ladungsträger vor.
A 103
Kupferdraht: Die elektrische Leitfähigkeit nimmt mit steigender Temperatur ab. Durch die erhöhte Temperatur
geraten die Gitterbausteine immer stärker in Schwingungen, dadurch wird die Bewegung der Elektronen behindert.
a) Grundannahmen des Elektronenpaarabstoßungs-Modells:
1.Die Außenelektronen halten sich paarweise in bestimmten Bereichen um den Atomkern auf. Man stellt sich das
modellhaft wie eine Wolke vor.
2.Die negativ geladenen Elektronenpaare stoßen sich gegenseitig ab. So ergibt sich für jede Elektronenpaarbindung
eine bestimmte Richtung und eine eindeutige Struktur des
Moleküls.
b) Körper mit vier Ecken und vier gleichseitigen Dreiecken als Außenflächen:
A 107
Natriumchlorid-Schmelze: Die elektrische Leitfähigkeit
nimmt mit steigender Temperatur zu, da die Ionen als
Ladungsträger beweglicher werden.
a) LEWIS-Formel von Ammoniak:
–
H – N– H
I
H
Oktettregel: Das Stickstoff-Atom ist von acht Elektronen (vier
11
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
Elektronenpaaren) umgeben.
Ausnahme Wasserstoff-Atom: Das Wasserstoff-Atom erreicht schon mit zwei Elektronen die Edelgaskonfiguration
(Helium-Atom).
A 110
Der Wasserstrahl wird ebenfalls abgelenkt.
δ+
δ-
b) räumliche Struktur des Ammoniak-Moleküls:
δ-
δ+
δ-
N
H
δ+
H
A 108
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
a) Distickstoffmonooxid
-
+
N=N=O
b) LEWIS-Formel von Lachgas:
Hinweis: Es gibt noch eine zweite LEWIS-Formel mit einer
Dreifachbindung, die sich vom Stickstoff-Molekül ableiten
+
lässt:
N N–O
+
δ-
+
δ+
δ-
δ-
+
δδ+
δ+
+
+
δ+
δ-
δ+
δδ+
A 111
Bei Temperaturen unter 0 °C überwiegen die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Molekülen die Eigenbewegung der Wasser-Moleküle. Die Wasser-Moleküle werden so auf festen Plätzen innerhalb des Eiskristallgitters
gehalten.
Im Eisgitter gibt es große Hohlräume. Im flüssigen Wasser
ist das Kristallgitter zusammengebrochen. Die ehemaligen
Hohlräume füllen sich mit Wasser-Molekülen. Die Dichte
von flüssigem Wasser ist daher größer als die Dichte von
Eis: Der Eiswürfel schwimmt.
A 112
c) Oktettregel: Die beiden Stickstoff-Atome und das Sauerstoff-Atom sind von acht Elektronen (vier Elektronenpaaren) umgeben.
d) Das zentrale Stickstoff-Atom ist von vier Elektronenpaaren umgeben. Mehrfachbindungen werden im Elektronenpaarabstoßungs-Modell wie Einfachbindungen behandelt.
Die gegenseitige Abstoßung zwischen den Elektronenpaaren der beiden Zweifachbindungen ergibt eine line-are
Struktur für das Lachgas-Molekül.
A 109
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER +
δ+
δ+
H
Das zentrale Stickstoff-Atom ist von vier Elektronenpaaren
umgeben. Die gegenseitige Abstoßung der vier Elektronenpaare führt zur Tetraeder-Geometrie.
Für die räumliche Struktur des Ammoniak-Moleküls ergibt
sich so eine Pyramide mit dem freien Elektronenpaar an der
Spitze.
+
δ+
δ+
a) Ladungsbilanz für das Hydrogenchlorid-Molekül:
H-Atom
Cl-Atom
Protonen 1 p+
17p+
im Atomkern
Elektronen 1 e–
K: 2 e–
in der
L: 8 e–
Atomhülle
M:7 e–
Summe
Summe
der Ladungen
18 p+
18 e–
0
Das Hydrogenchlorid-Molekül ist elektrisch neutral.
b) Der 17-fach positiv geladene Atomkern des Chlor-Atoms
zieht das gemeinsame Elektronenpaar stärker an als der
Atomkern des Wasserstoff-Atoms. Es kommt zu einer
Ladungsverschiebung. Das Hydrogenchlorid-Molekül ist
d1
d2
daher ein Dipol-Molekül.
H – Cl
a) Die Bezeichnung Kristallwasser deutet an, dass in dem
Kristall Wasser-Moleküle enthalten sind. Sie sitzen in den
Hohlräumen des Kristallgitters. Im Fall des kristallwasserhaltigen Kupfersulfats sind pro Cu2+-Ion und SO42–-Ion fünf
Wasser-Moleküle enthalten: CuSO4 · 5 H2O
b) CuSO4 · 5 H2O (s) → CuSO4 (s) + 5 H2O (g); endotherm
blau
weiß
A 113
Im festen Kochsalz bilden die Ionen ein Kristallgitter mit
Hohlräumen. Im gelösten Zustand existieren die Hohlräume
nicht mehr. Die Ionen liegen hydratisiert vor. Die Ionen mit
Hydrathülle beanspruchen weniger Raum als die Ionen im
Kristallgitter: Der Wasserstand in dem Messkolben sinkt,
wenn sich das Salz löst.
A 114
Das Wasser in Meeren, Flüssen und Seen verdunstet, bildet Wolken und gelngt als Regen, Schnee und Hagel wieder auf das Meer und das Land. Die Niederschläge, die auf
das Land fallen, versickern teilweise, bilden Grundwasser
und fließen letztlich über Bäche und Flüsse ins Meer
zurück.
A 115
Wasser wird zu verschiedenen Zwecken benutzt, es bleibt
jedoch, wenn auch verunreinigt, mengenmäßig erhalten.
12
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 116
A 124
1345 Mio. km3 = 1345 · 1018 L
= 1345 000 000 000 000 000 000 L
(1 km3 = 109 m3 = 1012 L)
Bei Ausfall einer Kläranlage müsste stark verschmutztes
Abwasser direkt in Bäche und Flüsse eingeleitet werden.
Aufgrund des starken Sauerstoffverbrauchs für die Oxidation der Schmutzstoffe würde der Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Wasser absinken; Fische und andere Wasserorganismen wären gefährdet.
A 117
A 125
–
A 118
A 126
a) Trinkwasser kann aus Grundwasser, aus Oberflächenwasser (insbesondere aus Staussen) und aus Uferfiltrat
gewonnen werden.
a) Die wichtigsten Schadstoffe im Abwasser sind:
Kohlenstoffverbindungen, Stickstoffverbindungen (Harnstoff, Ammoniak, Nitrit, Nitrat) und Phosphate.
b) Trinkwasser aus Grundwasser wird zur Trinkwassergewinnung durch Filtration von den Trübstoffen befreit. Trinkwasser aus Oberflächenwasser muss nach der Filtration
noch weiter behandelt werden. Zunächst leitet man Ozon
ein, um Krankheitserreger abzutöten. Dann werden weitere
Schmutzstoffe an Aktivkohle adsorbiert. Schließlich wird
das gereinigte Oberflächenwasser oftmals noch gechlort.
b) Die wichtigsten Quellen der Schadstoffe sind:
Kohlenstoffverbindungen: Toilettenpapier, Fäkalien, Lebensmittelreste.
Stickstoffverbindungen: Fäkalien.
Phosphate: Fäkalien
-
c) Von den Schadstoffen gehen folgende Gefahren aus:
Kohlenstoffverbindungen: Die Mikroorganismen im Wasser
benötigen für den Abbau der organischen Verbindungen zu
Kohlenstoffdioxid und Wasser große Mengen an Sauerstoff. Der Sauerstoff fehlt dann höheren Organismen: Im
Extremfall kann es zum Fischsterben kommen.
Stickstoffverbindungen: Bei entsprechender Sauerstoffzufuhr werden letztlich alle Stickstoffverbindungen zu Nitrat
oxidiert. Nitrat wirkt auf Algen als Düngemittel. Es kann zur
Eutrophierung kommen.
Phosphate: Phosohate wirken ebenfalls eutrophierend.
A 121
A 127
Duch die Verwendung von Regenwasser oder durch den
Einbau von Wasser-Spartasten kann der Trinkwassergebrauch für die Toilettenspülung vermindert werden.
Hinweis: Der Einsatz von regenwasser setzt die Zustimmung durch den zuständigen Versorger/Entsorger (Stadtwerke) voraus.
CSB: chemischer Sauerstoffbedarf. Der CSB-Wert einer
Wasserprobe gibt an, wie viel Sauerstoff (in mg) theoretisch benötigt würde, um (praktisch) alle in 1 Liter der
Probe vorhandenen organischen Verbindungen zu oxidieren. Bei der Analyse wird das starke Oxidationsmittel Kaliumdichromat eingesetzt.
BSB: biochemischer oder biologischer Sauerstoffbedarf.
Der BSB-Wert einer Wasserprobe gibt an, wie viel Sauerstoff (in mg) beim Abbau organischer Verbindungen durch
die Mikroorganismen in 1 Liter der Wasserprobe verbraucht
wird. Der Index 5 bezieht sich auf den Sauerstoffverbrauch
innerhalb von 5 Tagen.
Eine Überwachung kann durch kontinuierlich arbeitende
Messstationen mit biologisch-chemischen Untersuchungsmethoden erfolgen.
A 120
A 122
Eine mechanische Reinigung erfolgt durch Rechen, Ölabscheider, Sandfang und Vorklärbecken. In Belebungsbecken erfolgt die biologisch-chemische Reinigung durch den
Einsatz von Mikroorganismen und Fällungschemikalien.
Aus dem Belebtschlamm werden Faulgas und Klärschlamm
gewonnen.
A 123
Bei der mechanischen Trennung werden die Trennverfahren Filtration und Sedimentation angewendet.
A 128
Verbindung
NH4+
N 2
N2O
NO
NO2–
NO3–
Oxidationsmittel
-3
0
1
2
3
5
Denitrifikation
(Reduktion)
A 119
Nitrifikation
(Oxidation)
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
Süßwasser findet sich in Seen, Flüssen, Gletschern, in den
Polkappen, als Grundwasser und als Wasserdampf.
Von 1345 km3 sind 39,3 Mio. km3 Süßwasser. Das entspricht 2,9 %.
13
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
Lösungen
A 128
A 136
Wasser bildet sich durch die Reaktion von Wasserstoff und
Sauerstoff. Dementsprechend lässt sich Wasser auch in
Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen. Bei diesen Stoffen
handelt es sich um Elemente.
m (Meerwasser) = r (Meerwasser) · V (Meerwasser)
= 1,025 g · mL–1 · 1000 mL = 1025 g
A 129
m (Salz) = w (Meerwasser) · m (Meerwasser)
= 0,035 · 1025 g = 35,9 g
A 137
Mg (s) + H2O (g) → MgO (s) + H2 (g); exotherm
3 Fe (s) + 4 H2O (g) → Fe3O4 (s) + 4 H2 (g); exotherm
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
A 130
b) Man fügt 4 mL Wasserstoff hinzu und zündet. Das
Gemisch setzt sich vollständig zu Wasser um.
Man versucht, die Verbindung in Elemente zu zerlegen und
aus den Elementen die Verbindung wiederherzustellen.
A 138
A 131
a) Die Verhältnisformel von Kupferchlorid lautet CuCl2.
Die Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff verläuft
stark exotherm; es wird also viel Wärme frei. Das Reaktionsprodukt (Wasser) ist unproblematisch für die Umwelt.
b) Die Verhältnisformel von Aluminiumchlorid lautet AlCl3.
A 132
Der Massenanteil beschreibt das Verhältnis der Masse des
gelösten Stoffes zur Masse der Lösung. Bei der Berechnung des Massenanteils kürzt sich deshalb die Einheit der
Masse heraus. Meist gibt man den Massenanteil in % an;
dazu wird der eigentliche Zahlenwert mit 100 multipliziert.
Die Massenkonzentration gibt das Verhältnis zwischen der
Masse des gelösten Stoffes und dem Volumen der Lösung
wieder. Sie wird deshalb in der Einheit g/L angegeben.
A 139
Wasser hat in flüssiger Form eine höhere Dichte als in
fester Form (Eis). Flüssiges Wasser hat bei 4 °C ein DichteMaximum. Wenn Wasser eine „normale“ Flüssigkeit wäre,
müsste die gröte Dichte bei 0 °C (Gefriertemperatur)
erreicht werden.
A 140
Wasser von 4 °C hat die gröte Dichte.
A 141
A 133
a) w (Kochsalz) =
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER a) Da 2 mL Wasserstoff mit 1 mL Sauerstoff zu Wasser
reagieren, bleiben 2 mL Sauerstoff übrig.
=
m (Kochsalz)
m (Kochsalz) + m (Wasser)
9g
9 g + 150 g
· 100 %
· 100 % < 5,66 %
Die Meere besitzen eine höhere Wärmespeicherfähigkeit
als das Festland. Bei Sonneneinstrahlung erwärmt sich das
Wasser daher nicht so stark und die Luft über dem Wasser
bleibt kühler. In der nacht kühlt sich die wasseroberfläche
weniger stark ab als das festland. Die Luft über dem Wasser wird daher in der Nacht aufgewärmt.
b) V (Wasser) = 1000 mL
A 142
r (Wasser, 20 °C) < 1 g · mL–1
a) Der Trockenvorgang entzieht dem Körper viel Wärme.
dadurch kann insbesondere die harnblase unterkühlt werden.
m (Wasser) = r (Wasser) · V (Wasser) < 1000 g
w (Kochsalz) =
9g
9 g + 1000 g
· 100 % < 0,9 %
A 134
m (Kalkstein) = L (Kalkstein) · m (Wasser)
0,002 g
· 250 g
m 100 g Wasser
= 0,005 g = 5 mg
=
A 135
b) Um Wasser zu verdampfen, wird Wärme benötigt. Die
Wärme, die zum Verdunsten notwendig ist, wird dem Körper entzogen. Dabei entsteht ein Kältegefühl: die Verdunstungskälte.
A 143
Das Handtuch wird nass um die Getränkeflasche gewickelt. Wenn das Wasser verdampft, wird der Getränkeflasche Wärme entzogen; das Getränk bleibt kühl.
m (Sauerstoff) = V (Lösung) · ¯ (Sauerstoff)
= 75 L · 9 mg · L–1 = 675 mg
14
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
Lösungen
A 144
A 152
a) Eine Säure ist ein Reinstoff, eine saure Lösung ist die
wässerige Lösung einer Säure. Beim Lösen zerfallen die
Säuren in hydratisierte Wasserstoff-Ionen und SäurerestIonen.
Die Lacke alter Möbel wurden meist auf Naturstoffbasis
hergestellt. Natronlauge zersetzt solche organischen Stoffe
relativ rasch, ohne das Holz zu schädigen.
A 153
b) Alle sauren Lösungen enthalten Wasserstoff-Ionen.
H+ (aq) + OH– (aq) → H2O (l); exotherm
A 145
A 154
a), d), e) Zitronensaft, Essig und Hydrogenchlorid sind
saure Lösungen, die Wasserstoff-Ionen und SäurerestIonen enthalten. Sie leiten daher den elektrischen Strom.
a) H+ (aq) + Cl– (aq) + K+ (aq) + OH– (aq) →
K+ (aq) + Cl– (aq) + H2O (l)
b), c) Keine elektrische Leitfähigkeit: Bei diesen Reinstoffen
liegen ungeladene Moleküle vor.
b) H2SO4 (aq) + 2 Na+ (aq) + 2 OH– (aq) →
2 Na+ (aq) + SO42– (aq) + 2 H2O (l)
A 146
c) H2CO3 (aq) + Ca2+ (aq) + 2 OH– (aq) →
CaCO3 (s) + 2 H2O (l)
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
Kohlenstoffdioxid reagiert mit Wasser teilweise zu Kohlensäure („H2CO3“), die in Wasserstoff-Ionen und SäurerestIonen (Carbonat-Ionen bzw. Hydrogencarbonat-Ionen) zerfällt.
e) 2 H+ (aq) + 2 NO3– (aq) + Ba2+ (aq) + 2 OH– (aq) →
Ba2+ (aq) + 2 NO3– (aq) + 2 H2O (l)
A 147
Die Konzentration an Wasserstoff-Ionen ist unterschiedlich.
Eine hohe Konzentration an Wasserstoff-Ionen führt zu
Hautreizungen oder Verätzungen. Es gibt jedoch auch giftige Säuren wie Blausäure (Lösung von Wasserstoffcyanid),
die nicht reizend oder ätzend wirken.
A 155
Mg2+ (aq) + 2 OH– (aq) + 2 H+ (aq) + 2 NO3– (aq) →
Mg2+ (aq) + 2 NO3– (aq) + 2 H2O (l)
Die Lösung müsste anschließend eingedampft werden.
A 148
A 156
Alkalische Lösungen wirken ätzend, sie leiten den elektrischen Strom; Phenolphthalein färbt die Lösungen rotviolett. Diese gemeinsamen Eigenschaften beruhen auf den
Hydroxid-Ionen, die in allen alkalischen Lösungen vorliegen.
A 149
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER d) H3PO4 (aq) + 3 Na+ (aq) + 3 OH– (aq) →
3 Na+ (aq) + PO43– (aq) + 3 H2O (l)
Laugen sind ätzend, sie zersetzen vor allem Eiweißstoffe
relativ schnell.
Die Neutralisation ist eine exotherme Reaktion. Neutralisiert
man konzentrierte Lösungen, verteilt sich die gesamte
Wärmemenge auf ein relativ kleines Flüssigkeitsvolumen,
die Lösung wird sehr heiß. Wird die Siedetemperatur der
Lösung erreicht, können ätzende Flüssigkeiten umher spritzen.
A 157
2 Al (s) + 6 H+ (aq) + 6 Cl–(aq) → 2 AlCl3 (aq) + 3 H2 (g)
A 150
Al2O3 (s) + 6 H+ (aq) + 6 Cl– (aq) → 2 AlCl3 (aq) + 3 H2O (l)
a) 2 Na (s) + 2 H2O (l) → 2 Na+ (aq) + 2 OH– (aq) + H2 (g)
Al(OH)3 (s) + 3 H+ (aq) + 3 Cl– (aq) → AlCl3 (aq) + 3 H2O (l)
b) Mg (s) + 2 H2O (l) → Mg
c) KOH (s)
Wasser
→
2+
(aq) + 2 OH (aq) + H2 (g)
–
A 158
K+ (aq) + OH– (aq)
d) CaO (s) + H2O (l) → Ca2+ (aq) + 2 OH– (aq)
Der Magen enthält Magensäure (Salzsäure), die durch Aluminiumhydroxid teilweise neutralisiert wird:
A 151
Al(OH)3 (s) + 3 H+ (aq) + 3 Cl– (aq) → AlCl3 (aq) + 3 H2O (l)
Seife bildet mit Wasser Seifenlauge, eine schwach alkalische Lösung. Die Hydroxid-Ionen reizen die Augen.
A 159
Es ist praktisch nicht möglich, die Säure mit Natronlauge
15
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
genau zu neutralisieren. Überschüssige Natronlauge führt
dann zu einer weiteren Verätzung der Haut. Bei konzentrierten Säuren könnte durch die Neutralisation außerdem
die Temperatur zu hoch ansteigen.
A 160
NH4Cl (s) + Na+ (aq) + OH– (aq) →
NH3 (g) + H2O (l) + Na+ (aq) + Cl– (aq)
Säure/Base-Reaktion (Säure: NH4+; Base: OH–)
A 169
Ein Teil der Ammonium-Ionen gibt ein Proton ab:
NH4+ (aq) + H2O (l) → NH3 (aq) + H3O+ (aq)
A 162
A 170
Mit einem Indikator kann man prüfen, ob eine Lösung
sauer oder alkalisch ist.
Die Zinkblöcke dienen dem Korrosionsschutz des
Stahls. Zink ist unedler als Eisen, das Zink löst sich
folglich auf. Die Elektrode wird geopfert, damit der Stahl
erhalten bleibt. Die Bezeichnung Opferanode weist darauf hin, dass ebenso wie an der Anode bei der Elektrolyse Elektronen abgegeben werden.
A 163
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
– Einsatz von Opferelektroden aus einem unedleren
Metall als Eisen
– Überzug durch korrosionsbeständige Metalle, z. B.
Zink
– Beschichtung mit Kunststoff
– Aufbringen von Lackanstrichen
Magnesium ist ein wesentlich unedleres Metall als
Eisen. An den Pipelines löst sich das Magnesium auf,
Elektronen werden abgegeben. Sauerstoff nimmt die
Elektronen auf und wird mit Wasser in OH–-Ionen überführt. Das Stahlrohr (Eisen) bleibt erhalten.
A 161
Der ph-Wert gibt an, wie stark sauer oder alkalisch eine
Lösung ist.
0 < ph < 7
saurer Bereich
7 < ph < 14
alkalischer bereich
ph = 7
neutral
A 164
Kaffee ist sauer, Seewasser ist alkalisch.
A 165
Metalloxide der 1., 2. und 3. Gruppe reagieren mit Wasser
zu basischen Lösungen (Laugenbildner),
z. B. CaO + H2O → Ca2+ + 2 OHNichtmetalloxide bilden mit Wasser Säuren:
z. B. SO2 + H2O → H2SO3
A 166
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER A 168
a) 2 Fe (s) + 3 CuO (s) → 3 Cu (s) + Fe2O3 (s)
b)
Elektronenabgabe:
2 Fe → 2 Fe3+ + 6 eElektronenaufnahme: 3 Cu2+ + 6 e- → 3 Cu
Gesamtreaktion:
2 Fe + 3 Cu2+ → 2 Fe3+ + 3 Cu
A 167
Durch den Einfluss von Wasser und Sauerstoff bildet
sich an der Oberfläche von Eisengegenständen ein
wasserhaltiges, rotbraunes Eisenoxid, der Rost.
A 171
Wird die Kupferschicht beschädigt, so wird das unedle, korrosionsanfällige Eisen freigelegt. Das Eisen
beginnt zu rosten, es löst sich auf. An der Kupfer-Elektrode findet die Elektronenaufnahme statt; dabei werden aus Sauerstoff und Wasser Hydroxid-Ionen gebildet. Durch die beschädigte Kupferschicht wird die Korrosion des Eisens sogar gefördert.
A 172
Konservendosen werden aus Weißblech hergestellt,
einem beidseitig mit Zinn beschichteten („verzinnten“)
Stahlblech. Die Innenseite der Dosen wird häufig zusätzlich mit Kunststoff beschichtet bzw. lackiert.
A 176
siehe SchülerInnenband, S. 102.
A 177
Minuspol:PbSO4 (s) + 2 e– → Pb (s) + SO42– (aq)
Pluspol: PbSO4 (s) + 2 H2O (l) →
PbO2 (s) + 4 H+ (aq) + SO42– (aq) + 2 e–
Gesamtreaktion:
2 PbSO4 (s) + 2 H2O (l) → Pb (s) + PbO2 (s) + 2 H2SO4 (aq)
A 178
Wichtige Eigenschaften der Metalle sind: metallischer
Glanz, gute elektrische Leitfähigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit, plastische Verformbarkeit.
16
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 179
Metall
Schmelztemperatur
in °C
Magnesium
650
Aluminium
660
Zinn
232
Kupfer
1083
Silber
962
Gold
1063
Quecksilber
-39
Siedetemperatur
in °C
1105
2300
2400
2350
2212
2700
357
A 180
A 181
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
A 187
Die von unten nach oben strömenden heißen Gase geben
ihre Energie an die sich von oben nach unten bewegenden
kalten Feststoffe ab. Es kommt zu einem ständigen Wärmeaustausch. Außerdem laufen neben den exothermen
Reaktionen auch energieverbrauchende Vorgänge wie das
Schmelzen von Feststoffen ab.
A 188
Verwendungsmöglichkeiten von Kupfer:
Elektroindustrie (Kabel, Leiterplatten), Braukessel, Lötkolben, Heizschlangen, Kühlschlangen, Dachbedeckungen,
Statuen, Patronenhülsen, Münzen, Apparaturen in der chemischen Industrie (Essigherstellung, Spiritusherstellung,
Zuckergewinnung), Kunstgewerbe, Herstellung von Legierungen.
Aluminium ist ein Leichtmetall mit einer Dichte von
2,70 g · cm–3, Blei ist ein Schwermetall mit einer Dichte von
11,3 g · cm–3.
A 182
Die eingeblasene Heißluft sowie die Verbrennungsgase
strömen im Hochofen von unten nach oben. Die Feststoffe
Koks, Eisenerz und Kalkstein (Zuschläge) bewegen sich
dagegen von oben nach unten. Die beiden Stoffströme laufen also in entgegengesetzte Richtung.
A 189
Eisenhütten befinden sich in Linz und Leoben-Donawitz.
Standortfaktoren für den Aufbau einer Eisenhütte sind das
Vorhandensein der Rohstoffe Eisenerz und Koks, die Verfügbarkeit von Arbeitskräften sowie günstige Transportwege und Absatzmärkte.
A 190
Das eigentliche Reduktionsmittel ist Kohlenstoffmonoxid.
Es entsteht bei der Verbrennung von Koks.
A 183
Das Roheisen ist schwerer als die Schlacke, somit sammelt
es sich unter der Schlacke an. Nur wenig oberhalb dieser
Schmelze wird Frischluft eingeblasen. Die oben schwimmende Schlackeschicht hält die Frischluft vom flüssigen
Roheisen fern und verhindert damit dessen Oxidation.
A 184
Fe3O4 (s) + 4 CO (g) → 3 Fe (s) + 4 CO2 (g)
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER Kohlenstoffmonoxid, die Reduktion der Eisenoxide und der
Zerfall von Kohlenstoffmonoxid in Kohlenstoff und Kohlenstoffdioxid.
A 185
Um ein Lagerfeuer vorzubereiten, benötigt man Streichholz,
Papier, kleinere Holzscheite und schließlich größere Stücke
Brennholz. Mit dem Streichholz kann man das Papier entzünden, das brennende Papier liefert Zündtemperatur für
die kleinen Holzscheite und diese ermöglichen schließlich
die Entzündung des eigentlichen Brennholzes.
A 191
Sauerstoff ist nicht brennbar, unterhält aber die Verbrennung. Er reagiert sehr leicht mit vielen Metallen und Nichtmetallen.
Stickstoff erstickt die Verbrennung; er ist äußerst reaktionsträge.
A 192
Die brennbaren Bestandteile des Gichtgases sind Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff:
2 CO (g) + O2 (g) → 2 CO2 (g)
2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (g)
A 186
Physikalische Vorgänge im Hochofen sind das Vorwärmen
der festen Ausgangsstoffe, das Schmelzen sowie die Trennung von Roheisen und Schlacke auf Grund ihrer unterschiedlichen Dichte.
Chemische Reaktionen sind die Oxidation von Koks zu
Flüssiger Sauerstoff und flüssiger Stickstoff unterscheiden
sich in ihrer Siedetemperatur (Sauerstoff: –183 °C; Stickstoff –196 °C). Daher kann man sie durch Destillation trennen.
A 193
Gas
Flaschenschulter
Luft
leuchtend grün
Sauerstoff
weiß
Stickstoff
schwarz
Flaschenmantel
grau
blau oder grau
grau, schwarz oder
dunkelgrün
17
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 194
A 200
Emissionen sind Luftverunreinigungen, Strahlen, Wärme,
Geräusche oder Erschütterungen, die von einer Anlage oder
von Produkten an die Umwelt angegeben werden.
Immissionen sind die Einwirkungen von Luftverunreinigungen, Strahlen, Wärme, Geräuschen oder Erschütterungen
auf Mensch und Umwelt.
Am Aufbau organischer Verbindungen sind immer Kohlenstoff-Atome beteiligt:
C: 6 Protonen, 6 Elektronen und 6 Neutronen;
14. Gruppe, 2. Periode
Zuckerkohle ist das Zersetzungsprodukt von Zucker. Sie
besteht aus Kohlenstoff.
A 195
VerursacherHaupt-Luftschadstoffe
VerkehrCO und NOx
KraftwerkeSO2 und Staub
IndustrieCO und Kohlenwasserstoffe
HaushalteCO und SO2
A 196
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
Spurengas
NOX
O3
SO2
CO
Benzol
A 202
Kunststoffe zersetzen sich beim Erhitzen. Dabei entsteht
eine kohleartige Masse.
A 203
Harnstoff ist ein Abbauprodukt des (Eiweiß-)Stoffwechsels,
das über die Naieren ausgeschieden wird.
Beispielwerte:
Gehalt in mg · m-3
10-200
60
5-100
3000
25
Produzent
A 204
Verkehr
Verkehr
Kraftwerke, Haushalte
Verkehr, Haushalte, Industrie
Verkehr
a) CH4 (g) + 2 O2 (g) g CO2 (g) + 2 H2O (g)
b) CH4 (g) + 4 CuO (s) g CO2 (g) + 2 H2O (g) + 4 Cu (s)
c) CO2 (g) + Ca(OH)2 (aq) g CaCO3 (s) + H2O (l)
A 205
A 197
Schwefeldioxid: Kraftwerke, Industrie
Stickstoffoxide: Verkehr, Kraftwerke
A 198
Bei den gesättigten Kohlenwasserstoffen liegen zwischen
den C-Atomen nur Einfachbindungen vor, während bei ungesättigten Kohlenwasserstoffen auch C/C-Mehrfachbindungen auftreten.
A 206
SO2 (g) + H2O (l) → H2SO3 (aq)
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER A 201
C390H782
2 SO2 (g) + O2 (g) → 2 SO3 (s)
A 207
SO3 (s) + H2O (l) → H2SO4 (aq)
Methyl-Gruppe CH3–
Ethyl-Gruppe
C2H5–Propyl-Gruppe Butyl-Gruppe
C4H9–
2 NO2 (g) + H2O (l) → HNO3 (aq) + HNO2 (aq)
4 NO2 (g) + O2 (g) + 2 H2O (l) → 4 HNO3 (aq)
C3H7–
allgemeine Formel der Alkyl-Gruppe: (CnH2n+1)–
A 208
A 199
Bodenversauerung: Auswaschen von Nährstoffen (Ca2+,
Mg2+), Freisetzen von für die Bäume giftigen AluminiumIonen, Schädigung der Feinwurzeln, Schädigung von Mikroorganismen im Boden.
Direkte Einwirkung von Schwefeldioxid und Stickstoffoxiden auf Blätter und Nadeln.
18
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 209
A 214
Bei der linken Konformation befinden sich die WasserstoffAtome der beiden Kohlenstoff-Atome direkt hintereinander.
Bei der rechten Konformation stehen sie dagegen „auf Lücke“, sie sind um 60° gegeneinander gedreht. Diese Konformation ist wegen der geringeren räumlichen Behinderung
stabiler.
A 210
Die Wannenform ist energetisch ungünstiger, weil sich die
an den Spitzen nach innen zeigenden Wasserstoff-Atome
gegenseitig räumlich stören.
A 215
Es sind beide Schreibweisen möglich, weil das Molekül
symmetrisch gebaut ist und, egal von welchem Ende man
zu zählen beginnt, sich immer dieselbe Bezeichnung ergibt.
A 216
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
-Pentan, 2-Methylbutan, 2,2-Dimethylpropan
A 217
-Pentan hat die gleiche Molekülformel wie 2,2-Dimethylpropan.
A 218
A 211
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER Die verschiedenen Hexan-Isomere besitzen aufgrund ihrer
unterschiedlichen Molekülstruktur unterschiedliche Eigenschaften. Infolge der unterschiedlichen Form unterscheidet
sich die Wechselwirkung mit den Lösungsmittelteilchen der
stationären Phase, sodass die Isomeren unterschiedlich
lange im Gas-Chromatografen verweilen.
A 219
A 212
A 220
a) 2,3-Dimethylhexan
b) 2,3,3,4-Tetramethylpentan
c) 3,4-Diethyl-2-methyl-4- -propylheptan
A 213
Butan-Gas besteht aus zwei Isomeren. Das verzweigte Isomer besitzt die niedrigere Siedetemperatur. Beim Abkühlen
kondensiert n-Butan bei –1 °C und iso-Butan bei –12 °C.
A 221
Bei Substitutionsreaktionen wird ein Atom oder eine Atomgruppe durch ein anderes Atom oder durch eine andere
Atomgruppe ersetzt.
19
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 222
C5H12 (l) + 8 O2 (g) g 5 CO2 (g) + 6 H2O (g)
C5H12 (l) + Cl2 (g) g C5H11Cl (l) + HCl (g)
A 227
A 223
n kann nicht gleich 1 sein, weil in einem Alken mindestens
zwei C-Atome vorhanden sein müssen, damit eine Doppelbindung ausgebildet sein kann.
A 233
A 234
a) CH≡CH + Br2 g CHBr=CHBr
b) CH≡CH + H2 g CH2=CH2
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
CH2=CH2 + H2 g CH3–CH3
b)
c) CH≡CH + HCl g CH2=CHCl
A 235
An den beiden Kohlenstoff-Atomen der C≡C-Dreifach­
bindung befindet sich jeweils nur ein Atom oder eine Atomgruppe. Daher ist keine E/Z-Isomerie möglich.
A 236
Wasser tropft auf Calciumcarbid, dadurch bildet sich Ethin.
Dieses wird entzündet und brennt vor einem verspiegelten
Strahler.
1,2,2,3,3-Pentabromheptan
A 237
A 224
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER C3H6
A 225
Penta-1,3-dien und -Pent-2-en
A 226
Kohle, Erdöl und Erdgas sind fossile Energieträger, die in
geologischen Zeiträumen aus den pflanzlichen Organismen
(Bäume, Sträucher, Plankton) von Sümpfen entstanden:
Nach dem Absterben bildete sich aus dem organischen
Material ein Faulschlamm, der durch Sand und Ton abgedeckt wurde, sodass keine Luft hinzu treten konnte. Diese
Schichten wurden durch Bewegungen der Erdkruste in die
Tiefe verlagert. Dort bildeten sich unter hohem Druck und
hohen Temperaturen schließlich Kohle, Erdöl und Erdgas
durch eine Reihe von chemischen Reaktionen.
A 238
Bei der Umwandlung von Pflanzenmaterial in Kohle entweichen flüchtige Verbindungen. Der nicht flüchtige Kohlenstoff
bleibt zurück und reichert sich an.
20
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
Lösungen
A 239
Anteile mit höherer Siedetemperatur, weiter oben kondensieren die niedriger siedenden Anteile.
Fördermengen im Jahr 2005
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
Land
Erdölfördermenge in Millionen
Tonnen
Erdgasfördermenge
in Milliarden m³
Saudi-Arabien
532,6
62,3
Russland
472,0
640,6
USA
314,9
512,9
Iran
200,0
80,1
Mexiko
187,5
43,9
VR China
182,0
36,2
Venezuela
154,4
30,3
Kanada
143,0
186,5
Norwegen
137,7
88,6
Ver. Arab. Emirate
131,4
45,3
Nigeria
126,5
–
Kuwait
124,5
–
Algerien
92,5
84,1
Irak
91,6
–
Großbritannien
84,5
92,8
Brasilien
84,2
–
Lybien
80,4
–
Indonesien
54,9
77,0
Deutschland
3,6
18,8
Österreich
0,9
1,7
Welt
3 920,6
2 728,0
A 240
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER a) vgl. z. B. folgende Studie der Bundesanstalt für Geowissen-schaften und Rohstoffe, Hannover:
„Die weltweiten Reserven der Energierohstoffe: Mangel
oder Überfluss?“ unter:
http://www.bgr.de/b4/aktthema/reswww/reswww98.htm
b) Großbritannien, Norwegen, Dänemark, Niederlande,
A 242
Bei einer Vakuumdestillation wird in der Destillationsapparatur ein Unterdruck (Vakuum) erzeugt. Dadurch erniedrigt
sich die Siedetemperatur, sodass auch Stoffe unzersetzt
destilliert werden können, deren Siedetemperatur bei normalem Luftdruck zu hoch wäre.
A 243
a) Benzin besteht aus Kohlenwasserstoffen, deren Moleküle fünf bis zwölf Kohlenstoff-Atome enthalten.
b) Aus dem Destillationsturm entweichen folgende Gase:
A 244
Unter dem Begriff „Petrochemie“ fasst man die Zweige der
organisch-chemischen Technik zusammen, die Erdöl, Erdgas und die daraus gewonnenen Primärprodukte (z. B. Rohbenzin, Flüssiggase) als Ausgangsstoffe verarbeiten.
A 245
Bitumen ist wasserundurchlässig. Der Anstrich verhindert,
dass Wasser in das Mauerwerk eindringt.
A 246
Schweröldämpfe kommen bei einer Temperatur von 650 °C
in einem Reaktor mit umher wirbelnden Katalysator-Perlen
zusammen. An der Oberfläche der Katalysator-Perlen zerbrechen die Öl-Moleküle und es entstehen niedriger siedende Kohlenwasserstoff-Verbindungen, die den Reak-tor
verlassen. Ein Teil des Katalysators wird ständig in einen
Regenerator geleitet. Dort verbrennt der anhaftende Ruß
und der Katalysator wird regeneriert (wieder wirksam gemacht).
Deutschland
c) z. B. Unfälle bei Bohrinseln, Pipeline-Lecks, Tankerun­
A 247
fälle, Abbau von Bohrinseln, Entsorgung anfallender Ölschlämme, Ausspülen von Tankräumen
a) Ein Radikal ist ein Molekülbruchstück mit einem oder
d) Recherchieren Sie bei www.oemv.com.
A 241
Durch fraktionierte Destillation wird ein Gemisch in einem
Destillationsvorgang in verschiedene Anteile (Fraktionen)
zerlegt. Hierzu verwendet man eine Destillationskolonne.
Das ist eine aufrecht stehende Röhre, die in Böden unterteilt ist. Die Dämpfe des Gemischs steigen in der Kolonne
auf und kondensieren je nach ihrer Siedetemperatur in verschiedener Höhe. Im unteren Bereich verflüssigen sich die
mehreren ungepaarten Elektronen.
b) Radikale sind kurzlebige Zwischenprodukte beim CrackProzess. Sie wandeln sich auf verschiedene Weise zu Molekülen um:
– Sie entreißen anderen Molekülen Wasserstoff-Atome.
– Sie bilden Moleküle mit Zweifachbindungen wie EthenMoleküle.
– Sie bilden ringförmige Moleküle wie Cyclohexan-Moleküle.
21
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 248
A 255
a) Auf den Katalysator-Perlen scheidet sich Kohlenstoff
(Ruß) ab.
b) C (s) + O2 (g) g CO2 (g)
A 249
Beim Cracken können sich auch solche Radikale bilden, die
nicht an ihrem Molekülende, sondern in der Mitte des Moleküls ein ungepaartes Elektron besitzen. Lagert sich hier in
zweites Radikal an, so entsteht ein Molekül mit verzweigter
Kohlenstoffkette.
A 250
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
Während des Crack-Prozesses wird stets ein Teil der Katalysator-Perlen in einen Regenerator geleitet. Dort verbrennt
der anhaftende Ruß mit Luftsauerstoff. Die regenerierten
Katalysator-Perlen werden in den Reaktor zurückgeführt.
A 252
A 256
Der zugefügte Wasserstoff reagiert mit den Radikalen. Dadurch wird die Ausbeute an niedriger siedenden Kohlenwasserstoffen erhöht und gleichzeitig die Rußbildung vermindert.
Im Propylalkohol (Propan-1-ol) ist der Alkyl-Rest ein n-Propyl-Rest. Bei Isopropanol (Propan-2-ol) handelt es sich um
einen sekundären Alkohol, die Hydroxyl-Gruppe befindet
sich am C-2-Atom.
A 257
A 253
Nach einiger Zeit setzt die alkoholische Gärung ein. Dabei
entwickelt sich Kohlenstoffdioxid. Durch die Entwicklung
des Gases steigt der Druck in der Flasche stark an. Die Flasche könnte platzen.
A 254
1. Der Alkyl-Rest kann bereits Isomerie aufweisen
2. Die Hydroxyl-Gruppe kann an C-Atomen mit einem, zwei
oder drei Alkyl-Resten gebunden sein.
A 258
a)
Beispiel: 2-Methylpropan-2-ol: Die längste Kohlenwasserstoff-Kette bildet den Stammnamen: -propan. Weil es sich
um einen Alkohol handelt, wird die Endung -ol angehängt.
Vor der Endung, durch Bindestrich getrennt, gibt man durch
eine Zahl an, an welches C-Atom der Hauptkette die Hydroxyl-Gruppe gebunden ist.
Gibt es einen Alkyl-Rest als Seitenkette, dann steht dessen
Name vor dem Stammnamen. Eine Zahl vor dem Alkyl-Rest
bezeichnet die Stellung an der Hauptkette.
b) Es handelt sich um Additionsreaktionen.
A 259
A 260
Die C-Atome 1 bis 3 bilden den längsten Alkyl-Rest, einen
22
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 266
Propyl-Rest: Stammname: -propan.
Die Hydroxyl-Gruppe befindet sich am zweiten C-Atom:
-propan-2-ol, die Endung -ol wird dem Stammnamen nachgestellt.
Die Seitenkette ist ein Methyl-Rest, der sich am zweiten
C-Atom befindet, der Name der Seitenkette wird dem
Stammnamen vorangestellt: 2-Methylpropan-2-ol.
Jb (Ethanol) = 78 °C
Jb (Ethandiol) = 198 °C
Jb (Propantriol) = 290 °C
A 261
A 267
Die Viskosität hängt davon ab, wie stark die zwischenmolekularen Bindungen sind. Je länger die Alkyl-Reste sind, desto
stärker werden die VAN-DER-WAALS-Kräfte. Bei Alkanen
nimmt deshalb die Viskosität mit der Länge der Alkyl-Reste
zu. Das Gleiche gilt für Alkanole mit langen Alkyl-Resten.
a) vierwertiges Alkanol
A 262
b) Sorbit ist ein sechswertiges Alkanol, Pentaerythrit ein
Methanol ist mit Wasser mischbar, weil Wasserstoffbrücken
zwischen Wasser-Molekülen durch Wasserstoffbrücken
zwischen Wasser-Molekülen und Methanol-Molekülen ersetzt werden können.
Mit der Zahl der OH-Gruppen steigt die Zahl möglicher
Was¬serstoffbrückenbindungen zwischen den Molekülen.
vierwertiges Alkanol. Die große Zahl an OH-Gruppen ermöglicht viele Wasserstoffbrückenbindungen. Wegen dieser starken zwischenmolekularen Kräfte handelt es sich um
kristalline Feststoffe.
A 268
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
Alkanole: Hydroxyl-Gruppe
Alkanale: Aldehyd-Gruppe
A 269
Methanal kann aus Methanol hergestellt werden.
A 270
Bei der Reaktion entsteht metallisch glänzendes Kupfer. Der
Geruch des Propanols wird von einem stechenden Geruch
überdeckt.
A 271
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER A 263
Der Alkyl-Rest bei 2-Methylpropan-2-ol ist annähernd kugelförmig. Die Berührungsfläche der Alkyl-Reste ist dadurch kleiner, die VAN-DER-WAALS-Kräfte sind schwächer,
der Einfluss der Hydroxyl-Gruppe ist größer als beim primären Butanol.
A 264
Propan-1,2-diol ist ein zweiwertiger Alkohol, weil er zwei
OH-Gruppen enthält. Die eine OH-Gruppe ist an ein primäres C-Atom gebunden, die andere an ein sekundäres
C-Atom.
A 272
A 265
An jedem C-Atom befindet sich eine OH-Gruppe. Die Alkohol-Moleküle können deshalb Wasserstoffbrückenbindungen zu Wasser-Molekülen ausbilden.
Man führt mit beiden Lösungen die FEHLING-Probe durch.
Nur bei Ethanal scheidet sich rotes Kupfer(I)-oxid ab.
23
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 273
A 279
Essigsäure erstarrt bereits bei 17 °C zu einem festen Stoff,
der gefrorenem Wasser ähnelt.
A 280
C2H5OH + 3 O2 g 2 CO2 + 3 H2O
A 274
Der sekundäre Alkohol Propan-2-ol wird zu Propanon (Aceton) oxidiert. Kupferoxid wird zu Kupfer reduziert.
A 275
Die polare Bindung zwischen dem Sauerstoff-Atom und
dem Wasserstoff-Atom der Carboxyl-Gruppe ermöglicht
die Abspaltung eines Protons und die Bildung eines Wasserstoff-Ions (Autoprotolyse).
A 281
Bei schwachen Säuren geben nur wenige Moleküle ein Proton ab. Die übrigen Säure-Moleküle liegen unverändert vor.
A 282
a) Butan-1-ol und Butan-2-ol können dehydriert werden.
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
Bei 2-Methyl-propan-2-ol ist keine Dehydrierung zum Keton
oder Aldehyd möglich.
In einer Essigsäure-Lösung liegen stets noch EssigsäureMoleküle vor, die ihr Proton nicht abgegeben haben. Einige
davon gelangen in den Gasraum oberhalb der Lösung und
lösen die Geruchsempfindung aus.
A 283
b) 2 CH3COOH (aq) + Mg (s) g Mg(CH3COO)2 (aq) + H2 (g)
A 284
Wasser
NaHCO3 + HOOC–CHOH–CHOH–COOH 
→
Na(OOC–CHOH–CHOH–COOH) + H2O + CO2
A 276
Wasser
Natriumhydrogencarbonat + Weinsäure 
→
Natriumtatrat + Wasser + Kohlenstoffdioxid
a), b)
Butan besitzt die niedrigste Siedetemperatur (Jb = –0,5 °C):
Zwischen den Molekülen existieren nur VAN-DER-WAALSKräfte.
Butanon hat eine höhere Siedetemperatur(Jb = 80 °C): Die
größere molare Masse bewirkt etwas stärkere VAN-DERWAALS-Kräfte. Die Polarität der Carbonyl-Gruppe ermöglicht zusätzlich Dipol-Dipol-Bindungen. Anziehungskräfte
wirken zwischen den partiell geladenen Atomen.
Butanol (Jb = 117 °C) besitzt die höchste Siedetemperatur:
Zusätzlich zu den VAN-DER-WAALS-Kräfte bilden sich zwischen­molekulare Wasserstoffbrückenbindungen aus.
A 285
A 286
A 277
Butanon, Pentan-2-on
A 278
A 287
Aceton besitzt zwei kurze unpolare Alkyl-Reste und eine polare Carbonyl-Gruppe.
Die Alkyl-Reste bilden mit Heptan-Molekülen VAN-DERWAALS-Kräfte aus. Daher löst sich Aceton in Heptan. Die
Carbonyl-Gruppe bildet mit Wasser-Molekülen Wasserstoffbrückenbindungen aus. Die Alkyl-Reste sind so klein,
dass ihre hydrophobe Eigenschaft die Löslichkeit im Wasser
nicht beeinträchtigt.
24
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
Zwei C-Atome der Ascorbinsäure mit je einer HydroxylGruppe werden zu Keto-Gruppen oxidiert. Dadurch wird der
Reaktionspartner reduziert.
b)
A 288
Säuerungsmittel, Geliermittel, Süßstoffe, Lebensmittelfarben etc.
A 289
Propylmethanoat
A 290
c) Mithilfe von Alkalimetallhydroxiden können Fette (Ester
CH3CH2CH2–COOH + HOCH3 g CH3CH2CH2–COOCH3 + H2O
Ester-Gruppe
Butylmethanoat
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
A 291
von Glycerol und Fettsäuren) zu Seifen (Alkalisalze der Fettsäuren) hydrolysiert werden.
Seite 155/V3
a), b)
Im Gegensatz zu den Molekülen der Ausgangsstoffe können
Ester-Moleküle untereinander keine Wasserstoffbrückenbindungen eingehen. Die zwischenmolekularen Kräfte sind
daher kleiner als bei den Molekülen der Ausgangsstoffe: Die
Siedetemperatur ist niedriger.
A 292
Ester-Moleküle sind nahezu unpolar, deshalb sind sie in
einem unpolaren Lösungsmittel gut löslich.
Seite 155/V1
a) Nach dem Erhitzen destilliert bei etwa 77° C eine
wasser¬klare Flüssigkeit über, die wie „Alleskleber“ riecht.
b)
c) Der experimentelle Wert der Siedetemperatur von Essigsäureethylester stimmt recht gut mit dem Literaturwert
überein, insbesondere wenn man langsam erhitzt und dann
die Destillationstemperatur relativ konstant hält.
d) Ester sind in Wasser schwer löslich, da die unpolaren
Molekülteile überwiegen. In unpolaren Lösungsmitteln lösen
sie sich daher gut.
Seite 155/V2
a) Das ursprünglich in zwei Phasen vorliegende Reaktionsgemisch wird homogen. Der Universalindikator ändert seine
Farbe von blau nach grün oder rot. Ein stechender Geruch
ist wahrnehmbar.
A 293
Nährstoffe (Fette, Kohlenhydrate, Eiweiße), Wirkstoffe (Mineralien, Vitamine), Wasser, Ballaststoffe sowie Geschmacksund Aromastoffe sind Inhaltsstoffe der Lebensmittel. Nur
Nährstoffe liefern Energie.
A 294
Nährstoffe dienen als Baustoffe der Zellen und Organe oder
als Energielieferanten. Wirkstoffe spielen eine wichtige Auf-
25
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
gabe bei der Stoffwechselregulation. Daneben sind einige
Mineralstoffe auch Baustoffe, etwa beim Knochenaufbau.
Wasser ist Baustoff, Transportmittel und Lösungsmittel
zugleich. Ballaststoffe fördern die Verdauung, indem sie
im Darm Wasser aufnehmen und dadurch aufquellen. So
wird ein mechanischer Reiz auf die Darmwände ausgeübt,
der eine verstärkte Darmtätigkeit zur Folge hat. Würzmittel
fördern ebenfalls die Verdauung, indem sie eine vermehrte
Speichelabsonderung bewirken.
A 295
a) Der Grundumsatz ist die Energie, die ein Mensch in völliger Ruhe im Liegen benötigt. Die Energiemenge, die ein
Mensch für zusätzliche Leistungen über den Grundumsatz
hinaus benötigt, bezeichnet man als Leistungsumsatz.
A 301
Obwohl beide Zucker-Moleküle dieselbe Molekülformel aufweisen, ergeben sich durch unterschiedliche Verknüpfungen
der beteiligten Atome unterschiedliche Strukturen. In beiden
Teilen bilden fünf Kohlenstoff-Atome und ein SauerstoffAtom einen sechsgliedrigen Ring. Die Hydroxyl-Grup­pen an
den Kohlenstoff-Atomen sind jedoch unterschiedlich angeordnet. In Verbindungen können Fructose-Reste auch als
fünfgliedrige Ringe aus vier Kohlenstoff-Atomen und einem
Sauerstoff-Atom vorliegen.
A 302
a)
b) Ein Schüler mit einem Körpergewicht von 50 kg besitzt
einen täglichen Grundumsatz von:
50 kg · 24 h · 4,2 kJ · kg–1 · h–1 = 5040 kJ
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
A 296
Der Grundumsatz ist neben dem Alter und dem Geschlecht
vom Klima, Stress, Depressionen und möglichen Krankheiten abhängig. So ist der Grundumsatz im Sommer niedriger und im Winter höher. Bestimmte Krankheitssymptome
wie z. B. Fieber erhöhen ebenfalls den Grundumsatz.
A 297
Der Gesamtenergiebedarf wird bei sonst gleich bleibendem
Grundumsatz durch den Leistungsumsatz bestimmt. Dieser
wird durch die berufliche Tätigkeit (Leichtarbeiter, Schwerarbeiter, Schwerstarbeiter) und das Freizeitverhalten (Fernsehen, Sport) bestimmt.
A 298
14 g Eiweiß entsprechen einem Energiegehalt von 238 kJ,
27 g Kohlenhydrate entsprechen 1053 kJ und 11 g Fett entsprechen 429 kJ.
Der Gesamtenergiegehalt beträgt somit 1720 kJ.
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER A 299
Mono-, Di- und Polysaccharide sind die gebräuchlichen
Bezeichnungen für Einfach-, Zweifach- und Vielfachzucker.
Die Vorsilben Mono, Di und Poly geben also an, wie viele
Zuckerbausteine miteinander verknüpft sind.
A 300
Die Bezeichnung Kohlenhydrate wie auch die angegebene
Molekülformel könnten zu der Annahme führen, dass es
sich hierbei um Verbindungen aus Kohlenstoff-Atomen und
Wasser-Mole­külen handelt. Tatsächlich handelt es sich jedoch um Polyhydroxyaldehyde bzw. Polyhydroxyketone.
A 303
Lactose: 4-(b-Galactopyranosyl)-D-glucopyranose
26
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 304
A 311
Stärke weist eine spiralige und (im Falle des Amylopektins)
eine verzweigte Kette aus Glucose-Einheiten auf. Cellulose
enthält zahlreiche, parallel angeordnete Stränge aus linearen Glucose-Ketten.
Ein niedriger Blutzuckerspiegel löst ein Hungergefühl aus.
Nimmt man mit der Nahrung Zucker zu sich, so steigt der
Blutzuckerspiegel an. Es entsteht ein Sättigungsgefühl.
Gleichzeitig führt der erhöhte Blutzuckerspiegel zur Ausschüttung des Hormons Insulin. Dieses führt dann zur Senkung des Blutzuckerspiegels und zum erneuten Hungergefühl.
A 305
Die gute Wasserlöslichkeit und die hohen Schmelztem­pe­
raturen sind auf Wasserstoffbrückenbindungen und damit
auf die Hydroxyl-Gruppen zurückzuführen.
Glucose wird im Körper vollständig zu Kohlenstoffdioxid
und Wasser oxidiert:
A 306
Die charakteristische Blaufärbung tritt nur auf, wenn beide
Stoffe, also Iod-Lösung und Stärke, zusammengegeben
wer­den. Will man Iod nachweisen, so gibt man Stärke hinzu,
beim Stärke-Nachweis fügt man Iod-Lösung hinzu.
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
A 307
a) Stärke schmeckt nicht süß. Kaut man das Brot aber für
längere Zeit, so spalten Enzyme des Speichels die Stärke in
die Glucose-Einheiten auf.
b) Stärkekörner besitzen eine Hülle aus wasserunlöslichem
Amylopektin. Das Innere des Korns besteht aus wasserlöslicher Amylose. Beim Erhitzen wird das Stärkekorn zerlegt
und die Amylose kann Wasser-Moleküle binden. Die Stärke
beginnt zu quellen.
c) Zucker wirkt hygroskopisch. Er entzieht Schimmelpilzen
und anderen Fäulniserregern das Wasser, das sie zum Leben brauchen. Zucker dient daher bei der Herstellung von
Marmeladen u. a. als Konservierungsstoff. Bei Diät-Marmelade wird der Zucker gegen Süßstoffe ausgetauscht. Diese
besitzen keine konservierenden Eigenschaften.
C6H12O6 + 6 O2 g 6 CO2 + 6 H2O
A 313
Ideal ist das Frühstück mit Frischkornmüsli und Früchten,
da es den Blutzuckerspiegel nur allmählich ansteigen lässt
und länger andauernd sättigt. Verantwortlich hierfür sind der
Vielfachzucker Stärke, der Einfachzucker Fructose und die
Ballaststoffe in diesem Frühstück. Mit wachsendem Anteil
an Haushaltszucker und Mangel an Ballaststoffen steigt
auch der Blutzuckerspiegel schneller kurzfristig an, ohne
dass aber eine länger anhaltende Sättigung erreicht wird.
A 314
Bei Kondensationsreaktionen werden Wasser-Moleküle ab­
gespalten.
Die Spaltung eines Moleküls durch Reaktion mit Wasser bezeichnet man als Hydrolyse.
Als Verseifung bezeichnet man die Fettspaltung mit Laugen.
Die Moleküle ungesättigter Fettsäuren sind langkettige Carbonsäuren mit mindestens einer C=C-Zweifachbindung.
A 315
A 308
Cellulose ist ein unverdaulicher Ballaststoff, der die Darm­
tätigkeit fördert.
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER A 312
Ester entstehen bei der Reaktion von Alkoholen und Säuren. Glycerol gehört zur Stoffklasse der Alkohole, Fettsäuren
sind organische Säuren (Carbonsäuren).
A 316
A 309
Kartoffeln, Nudeln, Reis und Brot sind stärkehaltige Lebens­
mittel. Sie werden im Körper schrittweise zu Glucose umgebaut. Dadurch steigt der Blutzuckerspiegel nur allmählich
an, die Sättigung tritt langsam, aber dauerhaft ein. Süßigkeiten enthalten zumeist Saccharose, die den Blutzuckerspiegel schnell ansteigen lässt. Eine schnelle Sättigung aber
auch eine Ausschüttung von Insulin sind die Folge. Letzteres erzeugt dann ein erneutes Hungergefühl.
a)
A 310
Ballaststoffe fördern die Verdauung, indem sie im Darm
Wasser aufnehmen und dadurch quellen. Auf diese Weise
wird ein mechanischer Reiz auf die Darmwände ausgeübt.
Eine verstärkte Darmtätigkeit ist die Folge.
b) Es können sechs verschiedene Produkte entstehen.
27
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 317
Bei dieser Verseifungsreaktion entstehen neben Glycerol
die Natriumsalze der Fettsäuren.
b) Man verwendet Verbundstoffe zur Herstellung von Gegenständen, die sehr hoher Belastung ausgesetzt sind:
Surfbretter, Skier, Bootskörper.
A 324
a) Plastomere werden beim Erhitzen weich und viskos.
Duroplaste lassen sich nach dem Aushärten nicht thermoplastisch verformen. Sie zersetzen sich beim Erhitzen.
Elastomere geben äußerem Druck oder Zug nach, nehmen
aber später ihre ursprüngliche Form wieder an.
b) Plastomere bestehen aus langkettigen Molekülen mit
A 318
Nahrungsfette sind Energielieferanten. Im Körper werden sie
als Depotfette angelegt und dienen dort als Energiereserve.
Außerdem sind Fette Träger von fettlöslichen Vitaminen und
Geschmacksstoffen.
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
A 319
Margarine ist mit dem höchsten Anteil an mehrfach unge­
sättigten Fettsäuren und einem ausgewogenen Verhältnis der übrigen Fettsäuren als Nahrungsfett optimal. Das
Schluss­licht bildet die Butter mit einem deutlich zu hohem
Anteil an gesättigten Fettsäuren.
schwachen zwischenmolekularen Bindungen. Diese Bindungen lösen sich beim Erhitzen, sodass die Moleküle aneinander vorbeigleiten können.
Duromere bestehen aus räumlich vernetzten Makromolekülen. Die Vernetzungsstellen werden durch C–C-Einfach­
bindungen zusammengehalten. Diese Bindungen werden
erst bei sehr starkem Erhitzen zerstört.
Elastomere enthalten Makromoleküle, die viel weitmaschiger
miteinander vernetzt sind als bei den Duromere.
A 325
A 320
a) Bei der Fetthärtung werden ungesättigte Fettsäure-Reste
durch Reaktion mit Wasserstoff in gesättigte FettsäureReste umgewandelt. Derartig veränderte Fette sind daher
bei Raumtemperatur fest.
b) Bei dieser Hydrierung handelt es sich um eine Additionsreaktion.
A 326
A 321
Makromoleküle sind Riesenmoleküle, die aus sehr vielen
kleinen Molekülen aufgebaut werden.
A 327
A 322
a)
a) Kunststoffe
–
–
–
–
können in beliebiger Form hergestellt werden,
rosten nicht,
sind elastisch, leicht und fest,
lassen sich preisgünstig herstellen.
b) 2 C2H3Cl + 5 O2 g 4 CO2 + 2 H2O + 2 HCl
A 328
b) Kunststoffe
–
–
–
–
sind nicht besonders temperaturbeständig,
zersetzen sich beim Erhitzen,
sind wenig kratzfest,
sind oft mechanisch nicht sehr stabil.
A 323
A 329
a) Kunststoff-Legierungen werden dort eingesetzt, wo
Über die Suchbegriffe „pvc“ und „diskussion“ werden von
den gängigen Suchmaschinen zahlreiche Standpunkte von
Industrie und Interessenverbänden aufgefunden.
besondere Werkstoffeigenschaften gefordert werden, beispielsweise mechanische Belastbarkeit bei gleichzeitiger
Deformierbarkeit.
28
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
A 330
Bei einer Polykondensation verbinden sich Moleküle zu
Makromolekülen, wobei zwischen je zwei Molekülen ein
kleineres Molekül (z. B. Wasser oder Hydrogenchlorid) abgespalten wird.
Im Kalknatronglas ist die Anordnung sehr unregelmäßig. Die
Silicium-Atome sind zwar immer noch von jeweils vier Sauerstoff-Atomen umgeben, aber nur teilweise über ein Sauerstoff-Atom verknüpft. Die dadurch enstehenden negativen
Ladungen werden durch Natrium-Ionen und Calcium-Ionen
ausgeglichen.
A 331
A 337
a)
Die Glasherstellung unter Verwendung von Altglas spart Energiekosten, da die Schmelze nicht so hoch erhitzt werden
muss. Außerdem werden die Rohstoffvorräte geschont.
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
A 338
b)
Vorteile: Glas ist klar durchsichtig, hart und temperaturbeständig. Da es außerdem chemisch beständig und ungiftig
ist und auch den Geschmack nicht beeinflusst, eignet es
sich besonders für Lebensmittel. Vorteilhaft ist auch die
gute Recycling-Möglichkeit.
A 332
Nachteile: Glas ist gegenüber Kunststoffen relativ schwer
und vor allem nicht bruchfest. Außerdem ist es meist teurer
als Kunststoffe.
Beim Schmelzspinn-Verfahren wird der geschmolzene
Kunststoff durch feine Düsen presst. Dadurch entstehen
Kunststofffasern.
A 339
a) Die Kautschukbäume des tropischen Regenwalds wer-
A 333
Durch das Strecken werden die Moleküle der Faser parallel zueinander ausgerichtet. Dabei bilden sich zwischen
den Ketten Wasserstoffbrückenbindungen und VAN-DERWAALS-Kräfte aus.
den angeritzt, sodass aus ihrer Rinde der Milchsaft, der so
genannte Latex, herausläuft. Dieser Saft enthält Kautschuktröpfchen.
b)
A 334
Naturseide ist ein Naturprodukt, das aus Eiweiß-Molekülen
besteht. Es wird aus den Spinnfäden der Seidenraupe gewonnen. Kunstseide wird als halbsynthetische Faser aus
dem Naturstoff Cellulose hergestellt.
A 340
a) A 335
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER Bild 1: Die Kerze wird vom Luftstrom, den der Ventilator erzeugt, nicht erreicht, weil die Membrane windundurchlässig
ist.
Bild 2: Wasser durchdringt die Membrane nicht.
Bild 3: Der aufsteigende (unsichtbare) Wasserdampf dringt
durch die Membrane und bildet oberhalb Nebel.
b) An beiden Enden des in a) formulierten Produkts sind
weitere Verknüpfungen möglich.
c) Radikale mit einem ungepaarten Elektron können die Polymerisation beenden.
A 336
Im Quarz sind die SiO4-Tetraeder zu einer regelmäßigen,
räumlichen, sechseckigen Wabenstruktur verknüpft.
Im Quarzglas sind die SiO4-Tetraeder nur unregelmäßg verknüpft.
A 341
a) Durch Vulkanisation wird aus Kautschuk Gummi gewonnen. Dazu wird Rohkautschuk mit Schwefel vermengt und
erhitzt.
29
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
b)
A 346
Silantriol-Moleküle besitzen drei reaktionsfähige OH-Grup­
pen. Die Polykondensation läuft also in allen drei Raumrichtungen ab. Daher entstehen räumlich vernetzte Makromoleküle.
A 347
Zum Sortieren von Kunststoffabfällen werden physikalische
Trennmethoden angewendet:
Ausblasen: Spezifisch leichte Anteile wie Papier und Kunststofffolien werden abgetrennt.
c) Gummisorten mit unterschiedlichen Eigenschaften lassen sich auf folgende Weise herstellen:
unterschiedliche Schwefelanteile bei der Vulkanisation, Verwendung verschiedener Füllstoffe, unterschiedliche Anteile
von Buta-1,3-dien und Styrol bei der Polymerisation.
A 342
Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
a) Ein Autoreifen ist aus mehreren Schichten aufgebaut:
Ein Gewebeunterbau, die Karkasse, bildet die Grundschicht.
Weitere Textilschichten liegen in der Seitenwand und stabilisieren sie.
Stahlgürtel und Textilgürtel lagern unter der Lauffläche. Sie
vermitteln eine gute Laufeigenschaft.
Gummischichten überziehen Innenwand, Seitenwände und
Laufschicht.
Drahtkerne sorgen dafür, dass sich der Reifen bei schnellem Lauf nicht von der Felge ablöst.
b) Das Profil der Lauffläche macht die Reifen rutschfest:
Wasser, das auf der Fahrbahn steht, wird nach hinten bzw.
zu den Seiten abgeleitet.
c) Besitzt ein Reifen nicht genügend Profil, so staut sich
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER Wasser bei Fahrten auf nasser Straße vor dem Reifen. Bei
zu hoher Geschwindigkeit rollt der Reifen auf diesen „Wasserberg“ und die Bodenhaftung geht verloren. Das Auto ist
dann nicht mehr steuerbar und kann nicht mehr abgebremst
werden.
Magnetscheidung: Magnetisierbare Metalle – vor allem Eisen – werden abgetrennt.
Optische Trennung: Im Infrarotlicht lassen sich unterschiedliche Materialien erkennen und dann mechanisch voneinander trennen.
Schwimm/Sink-Verfahren: Bestimmte Stoffe schwimmen
auf Wasser, andere gehen darin unter.
Zentrifugieren: In Zentrifugen werden Stoffe nach ihrer Dichte getrennt. Dazu müssen die Abfälle vorher zerkleinert werden.
Aufreißen: Verbundmaterialien werden aufgeweicht. Danach
lassen sich die Anteile voneinander trennen.
A 348
Vorteile
Nachteile
werkstoffliches Die Kunststoffe
Recycling
werden wiederverwendet. Der dafür
benötigte Energieaufwand ist gering.
Durch den Recyclingvorgang wird
die Qualität des Rohstoffs vermindert.
rohstoffliches
Recycling
Wertvolle Rohstoffe (Monomere)
werden wiedergewonnen.
Der für die Pyrolyse
erforderliche Energieaufwand ist relativ
hoch.
thermische
Verwertung
Ein Teil des Energiegehalts der
Kunststoffe wird
verwendet.
Wertvolle Rohstoffe gehen verloren.
Ab­gase müssen
besonders gereinigt
werden, wenn PVC
verbrannt wird.
A 343
Silicium-Atome bilden vier Elektronenpaarbindungen aus.
A 350
A 344
Im Polyethen folgen die Kohlenstoff-Atome unmittelbar
aufeinander. Im Silicon wechseln sich Silicium-Atome und
Sauerstoff-Atome ab.
A 345
Wenn sich zwei Silandiol-Moleküle verbinden, wird ein
Wasser-Molekül freigesetzt. Es findet also eine Kondensationsreaktion statt. Zwischen vielen Silandiol-Molekülen läuft
eine Polykondensation ab.
Bei der Pyrolyse erfolgt die Zerlegung der Makromoleküle in
einem geschlossenen Reaktor. Auf einem Bett aus Quarzsand wird die Kunststoffmischung auf 600 °C bis 900 °C
erhitzt. Heiße Gase durchströmen von unten die sand- und
Kunststoffschicht. Die Makromoleküle zerfallen dabei in niedermolekulare alipahtische und aromatische Substanzen.
Trotz der hohen Temperaturen verbrennen Kunststoffe und
Spaltprodukte nicht. Die Pyrolyse findet nämlich unter Sauerstoffausschluss statt. Bei der Pyrolyse von Polyethen und
Polypropen entstehen vorwiegend Methan, Ethen, Ethan,
Propen und Benzen. In geringen Mengen fallen flüssige Al-
30
Lösungen
Lösungen zu den Aufgaben im SchülerInnenband
kane und Alkene sowie Toluen, Ruß und Teer an. Die Auftrennung der Pyrolyseprodukte erfolgt nach einer Zwischenkühlung in einer Destillationskolonne.
A 354
© 2008 Schulbuchverlag E. DORNER Rundum Chemie HAK/HLW, Lösungen
Alle grünen Pflanzen (Chloroplasten) sind Grundlage jedes
Ökosystems als Produzenten von Sauerstoff und Glucose. Die Konsumenten speichern energiereiche Glucose
und gewinnen daraus Energie für ihre biologische Arbeit.
Pflanzenzellen stellen auch für den tierischen Organismus
essentielle Nährstoffe wie Vitamine und Aminosäuren zur
Verfügung.
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