Treffpunkt CHEMIE
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Kurt Dvorak u. a. Treffpunkt CHEMIE ARBEITSHEFT LÖSUNGEN ISBN 978-3-7055-2068-4 Stoffe gesucht! Kapitel 1 1. Ergänze den Text: Holz, Glas und Kunststoff kann man gut voneinander haben unterschiedliche 3 unterscheiden Eigenschaften . Doch nicht immer ist das so leicht, denn manche Stoffe haben sehr ähnliche Eigenschaften. Dann ist es hilfreich, die Eigenschaften der in einem Steckbrief von …? Farbe: magnetisierbar: wasserlöslich: Wärmeleitfähigkeit: elektrische Leitfähigkeit: Dichte: Schmelztemperatur: Siedetemperatur: . Sie Steckbrief Zink silbrig nein nein gut gut 7,2 g/cm3 420 °C 910 °C Stoffe zusammenzustellen. Steckbrief von …? Magnesium Farbe: magnetisierbar: wasserlöslich: Wärmeleitfähigkeit: elektrische Leitfähigkeit: Dichte: Schmelztemperatur: Siedetemperatur: silbrig nein nein gut gut 1,74 g/cm3 650 °C 1105 °C 2. a) Betrachte die beiden (unvollständigen) Steckbriefe und begründe, warum beide zu einer gemeinsamen Stoffgruppe gehören. Beide Stoffe haben sehr ähnliche Eigenschaften. b) Analysiere, zu welcher Stoffgruppe die beiden Stoffe gehören. Begründe dein Ergebnis. Beide Stoffe gehören zur Stoffgruppe der Metalle. Die Eigenschaften silbrig, gute Leitfähigkeit für Wärme und elektrischen Strom sind typisch für Metalle. 3. a) Nimm an, dass von beiden Stoffen etwa gleich große Stücke vor dir liegen. Erläutere, wie du am einfachsten herausfinden könntest, welcher Stoff zum ersten Steckbrief (links) gehört. Man kann beide Stücke in die Hand nehmen und vergleichen. Der eine Stoff hat eine viel größere Dichte; er muss also schwerer sein als der andere Stoff. b) Ergänze die beiden Steckbriefe mithilfe des Schulbuchs und des Internets. Benenne die beiden Stoffe. Trage die Namen in den Steckbriefen oben ein. c) Die beiden Stoffe oben sind nicht magnetisierbar. Nenne die Metalle, die magnetisierbar sind. Die Metalle Eisen, Kobalt und Nickel lassen sich magnetisieren. d) Metalle fühlen sich im Vergleich zu Kunststoffen oder Holz relativ kühl an. Erkläre, woran das liegt. Metalle fühlen sich kühl an, weil sie die Wärme der Hand gut weiterleiten. Kunststoffe und Holz leiten die Wärme schlecht weiter, sie isolieren eher. Daher fühlen sie sich wärmer an.________________________________ Reinstoff oder Gemisch? Kapitel 1 4 1. Nenne für jedes Stoffgemisch mindestens ein Beispiel aus dem Alltag. Lösung: Zucker im Tee Gemenge: Emulsion: Gasgemisch: Brausepulver, Granit Suspension: Luft Orangensaft, Schlamm Majonäse 2. Setze die folgenden Stoffgemische an den richtigen Stellen im Text ein: Emulsion – Gasgemisch – Gemenge – Lösung – Suspension Das Müsli zum Frühstück ist ein Emulsion Die Milch ist eine ist eine Gemenge Lösung Suspension aus Haferflocken, Rosinen und Nüssen. von ganz kleinen Fetttröpfchen in Wasser. Meerwasser von Salz in Wasser. Orangensaft mit Fruchtfleisch ist eine . Die Luft, die wir einatmen, besteht aus Stickstoff, Sauerstoff, Edelgasen und Kohlenstoffdioxid. Die Luft ist ein Gasgemisch. 3. Stoffgemische werden auch noch in homogene und heterogene Gemische unterteilt. Zuckerwasser ist ein homogenes Gemisch. Die Zuckerteilchen sind gleichmäßig in der Lösung verteilt und auch im Mikroskop nicht zu erkennen. Brausepulver ist dagegen ein heterogenes Gemisch. Die einzelnen Bestandteile sind mit dem Auge oder im Mikroskop zu unterscheiden. Nenne für beide Gemischarten je drei Beispiele. homogene Gemische: Meerwasser, Mineralwasser, Luft heterogene Gemische: Brausepulver, Milch, Orangensaft, Granit, Erde, Kies Kapitel 1 Abfall trennen und verwerten 5 Vor den Sommerferien wird in der Schule gründlich aufgeräumt. Alles, was entsorgt oder weiter verwertet werden soll, wird an einem zentralen Ort gesammelt und anschließend von freiwilligen Schülerinnen und Schülern sortiert. Im Abfallberg finden sie folgende Gegenstände. Notiere sie unter der entsprechenden Abfalltonne, in die sie entsorgt gehören. Cola-Dosen • Batterien • ein kaputtes Sofa • Farbreste • defekte Energiesparlampen • Kaffeemehl • CDPlayer • Gemüseabfälle • Glasflaschen • ein Handy • gebrauchtes Küchenpapier • gebrauchte Staubsaugerbeutel • alte zerfetzte Schulbücher • Konservendosen • unbenutzte Pizzakartons Kaffeemehl, Cola-Dosen, Glasflaschen wie alte zerfetzte____ Gemüseabfälle Konservendosen z.B. Weinflaschen Schulbücher, unbenutzte_____ Pizzakartons CD-Player,_____ Batterien, gebrauchtes ein Handy Farbreste, Küchenpapier, defekte Energie- gebrauchte sparlampen Staubsauger- ______________ beutel ein kaputtes Sofa Die Bestandteile der Luft Kapitel 2 6 1. Die Luft ist ein Stoffgemisch. Beschreibe ihre Zusammensetzung. Ergänze dazu die folgende Abbildung. 3. Kreuze die richtigen Antworten an. Achtung: Zu jedem Thema kann es mehrere richtige Antworten geben. Zusammensetzung trockener Luft a) Sauerstoff … ist der Hauptbestandteil der Luft. brauchen wir zum Atmen. ist sehr reaktionsträge. ist sehr leicht brennbar. 78 21 1 % % % Stickstoff Sauerstoff Rest (vor allem Edelgase) 2. Die Abbildung oben mit dem Luftballon ist eher symbolisch zu verstehen. Trage nun die Hauptbestandteile von trockener Luft maßstabsgerecht in den unteren Kasten ein und beschrifte ihn. 1% soll dabei 1 mm Höhe entsprechen. Zusammensetzung trockener Luft b) 1 Liter Luft … hat die Masse 1,2 mg. hat die Masse 1,2 g. hat die Masse 1,2 kg. hat die Masse null. c) Die Glimmspanprobe dient … zum Anzünden eines Holzkohlegrills. zum Nachweis von Kohlenstoffdioxid. zum Nachweis von Sauerstoff. zum Nachweis von Wasserdampf. d) Edelgase … brauchen die Fische zum Atmen. sind chemisch reaktionsträge. sind leicht brennbar. lassen sich gut mit Kupfersulfat nachweisen. e) Kohlenstoffdioxid … spielt eine große Rolle beim Treibhauseffekt. brauchen die Pflanzen zum Leben. geben wir beim Atmen an die Luft ab. entsteht oft bei Verbrennungen. f) Kalkwasser … wird beim Einleiten von CO2 milchig trüb. entsteht beim Entkalken von Kaffeemaschinen. dient zum Nachweis von Kohlenstoffdioxid. entsteht bei der Verbrennung von Kohlenstoffdioxid. g) Stickstoff … ist leicht brennbar. reagiert sogar mit Edelgasen. ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. nimmt man zum Füllen von Heißluftballons. h) Luft enthält … keinen Stickstoff, weil der erstickend wirkt. auch Wasserdampf, Abgase und Staub. pro Liter etwa 210 ml Sauerstoff. auch Helium, Argon und Neon. DALTONS Atommodell Kapitel 2 7 Setze in den Text die folgenden Begriffe ein. Das Atommodell von DALTON stammt aus dem 19. Jahrhundert und war zur damaligen Zeit für viele Erklärungen ausreichend. Heute ist es in vielen Bereichen überholt, kann aber noch immer viele Reaktionen anschaulich machen. Im 19. Jahrhundert entwickelte der englische Naturforscher John DALTON Nach seinen Modellvorstellungen bestehen alle Stoffe aus Teilchen. Diese werden und unteilbar Atome kleinsten Atommodell. kugelförmigen genannt. Nach DALTON sind diese Teilchen . Alle Atome eines Elements haben die gleiche ___Masse , sein unveränderbar gleiche Größe . Es gibt genau so viele Atomarten , wie es Elemente Nach einer chemischen Reaktion sind die Ausgangsstoffe nicht mehr vorhanden, ihre sind aber erhalten geblieben. Sie sind umgeordnet gibt. Atome worden. Es sind neue Stoffe entstanden. Die kleinsten Teilchen von gasförmigem Sauerstoff und Stickstoff bestehen aus jeweils gleichen miteinander und die verbundenen Atomen. Solche Teilchen werden als Moleküle zwei be- zeichnet. zwei In Kohlenstoffdioxid sind einem Kohlenstoffdioxidmolekül In Metallen sind die Atome regelmäßig Sauerstoff-Atome und ein Kohlenstoff-Atom zu verbunden. angeordnet. Ein Feststoff, der aus zwei oder mehr Atomarten Atomverband , in dem die Atome regelmäßig aufgebaut ist, bildet einen angeordnet sind. Wasser lässt sich zerlegen Kapitel 3 8 Die große Abbildung rechts zeigt einen Hofmann´schen Wasserzersetzer. Mit ihm lässt sich _Wasser_______ zersetzen. Man Wasser füllt Wasser ein, schließt die beiden Hähne und _legt__ eine Spannung an. Daraufhin Sauer- kann man an beiden Gasbläschen Wasser- stoff Elektroden________ kleine stoff aufsteigen sehen. Im Laufe der Zeit sammeln sich in den beiden Glasrohren Gase an. Pluspol Am entsteht Sauerstoff, am Minuspol entsteht Wasserstoff . Es entsteht Wasserstoff immer doppelt so viel wie Sauerstoff . Sauerstoff lässt sich mit der Glimmspanprobe Dabei flammt nachweisen. ein glimmender Holzspan auf, wenn er in das Gas gehal- 1. Beschrifte die Abbildung oben. 2. Schreibe die Namen der beiden Nachweisreaktionen unter die entsprechenden Abbildungen. ten wird. Wasserstoff weist man mit der Knallgasprobe nach. So lässt sich zeigen, dass Wasser kein Element ist, sondern eine Verbindung . Wasserstoff und Sauerstoff reagieren zusammen wieder zu Wasser. Glimmspanprobe Knallgasprobe Kapitel 3 Die Wertigkeit – anschaulich dargestellt 9 Mit dem abstrakten Begriff der Wertigkeit lässt es sich besser arbeiten, wenn man sich den Sachverhalt anschaulich klar gemacht hat. Hier sollen die Striche die Wertigkeiten der Elemente symbolisieren. a) Schwefeldioxid (SO2): b) Chlorwasserstoff (HCl): c) Ammoniak (NH3): d) Stickstoff (N2): e) Chlor (Cl2): f) Tetrachlormethan (CCl4): g) Schwefelwasserstoff (H2S): h) Sauerstoff (O2): i) Kohlenstoffdioxid (CO2): Atome einzelner Elemente kann man sich so vorstellen: Wasserstoff Sauerstoff Stickstoff Kohlenstoff Chlor einwertig zweiwertig dreiwertig vierwertig Verbindungen kann man sich so vorstellen: Wasser Methan (H2O) (CH4) 1. Zeichne in derselben Weise folgende Verbindungen: a) Schwefeldioxid (SO2) b) Chlorwasserstoff (HCl) d) Stickstoff (N2) e) Chlor (Cl2) g) Schwefelwasserstoff (H2S) h) Sauerstoff (O2) Wasserstoff (H2) c) Ammoniak (NH3) f) Tetrachlormethan (CCl4) i) Kohlenstoffdioxid (CO2) Kapitel 3 Aufstellen von Reaktionsgleichungen 10 Beispiel: Aluminium und Sauerstoff reagieren zu Aluminiumoxid a) Wortgleichung aufstellen: Aluminium + Sauerstoff b) Symbole und Formeln einsetzen: Beachte, dass alle gasförmigen Elemente (außer Ozon und Edelgase) als zweiatomige Moleküle vorkommen. c) Reaktionsgleichung einrichten: Die Anzahl der Atome jedes Elementes muss auf der linken und rechten Seite gleich groß sein. d) Energieumsatz angeben: Aluminiumoxid Al + O2 Al2O3 2 Al + 3 O2 2 Al2O3 exotherm Stelle für die folgenden Reaktionen Reaktionsgleichungen auf. 1. Zink reagiert mit Sauerstoff zu Zinkoxid (ZnO). a) Zink + Sauerstoff → Zinkoxid b) Zn + O2 → ZnO c) 2 Zn + O2 →2 ZnO d) exotherm 2. Stickstoffmonoxid (NO) reagiert mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid (NO2). a) Stickstoffmonoxid + Sauerstoff → Stickstoffdioxid b) NO + O2 → NO2 d) exotherm c) 2 NO + O2 → 2 NO2 3. Silberoxid (Ag2O) zerfällt beim Erhitzen in Silber und Sauerstoff. a) Silberoxid → Silber + Sauerstoff b) Ag2O → Ag + O2 c) 2 Ag2O → 4 Ag + O2 d) endotherm 4. Eisenoxid (FeO) reagiert mit Aluminium zu Eisen und Aluminiumoxid (Al2O3). a) Eisenoxid + Aluminium → Eisen + Aluminiumoxid b) FeO + Al → Fe + Al2O3 d) exotherm c) 3 FeO+ 2 Al → 3 Fe + Al2O3 Kapitel 4 Eisen aus Eisenerz 11 1. Beschickung des Hochofens a) Koks ist entgaste Steinkohle, praktisch reiner Kohlenstoff. Möller ist zerkleinertes Eisenerz mit Kalkgestein und anderen Zuschlagstoffen. b) Gicht c) Die Gichtglocke verhindert den Austritt giftiger Gase in die Umwelt. 2. Reduktionszone a) Der reduzierende Stoff ist neben Kohlenstoff zur Hauptsache Kohlenstoffmonoxid. b) Es wird bei hohen Temperaturen aus Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoff gebildet. c) Kohlenstoffdioxid 3. Roheisen und Stahl a) Am tiefsten Punkt des Hochofens sammelt sich das Roheisen. Hier wird in den Hochofen ein Abstichloch geschlagen, aus dem das flüssige Roheisen durch Sandrinnen in Transportbehälter läuft. Nach dem Abstich wird das Loch wieder zugemauert. b) Roheisen ist noch sehr kohlenstoffreich und enthält u. a. die Begleitstoffe Schwefel, Silicium, Phosphor und Mangan. Daher hat Roheisen (Gusseisen) kaum Elastizität und ist sehr spröde und nicht schmiedbar. c) Mithilfe des Sauerstoff-Aufblas-Verfahrens (LDVerfahren) werden Kohlenstoff, Schwefel, Silicium, Phosphor und Mangan durch Oxidation aus dem flüssigen Roheisen entfernt. Es ent- . steht elastischer Stahl d) Edelstahl wird meist im Elektroofen gewonnen, indem zur Stahlschmelze Legierungsmetalle hinzugegeben werden. Dadurch entsteht ein „Werkstoff nach Maß“, d. h. ein Stahl je nach gewünschter technischer Anforderung. 4. a) b) c) Schlacke Die Schlacke verhindert die Oxidation des Roheisens durch Luftsauerstoff zu Eisenoxid. Kalk und Restgestein bilden die Hochofenschlacke. Sie wird z.B. im Straßenbau als Untergrund und im Wasserbau zur Uferbefestigung verwendet. 5. Gichtgas Gichtgas enthält brennbares Kohlenstoffmonoxid und nicht brennbares Kohlenstoffdioxid. 6. Hochofen a) Er ist etwa 50 m hoch. b) Abgesehen vom Zeitverlust würde ein ständiger Temperaturwechsel von z. B. 20 °C auf 1200 °C beim Anfahren des Hochofens und umgekehrt beim Abkühlen die Materialien sehr stark beanspruchen. Die verwendeten Baumaterialen müssten sich immer wieder beim Aufheizen ausdehnen und beim Abkühlen zusammenziehen. Der Hochofen wäre in kurzer Zeit nicht mehr zu gebrauchen. c) Die Lebensdauer beträgt etwa 10 Jahre bei Tag- und Nachtbetrieb. Was weißt du von Metallen? Kapitel 4 12 1. Die meisten Metalle müssen aus ihren Erzen gewonnen werden. a) Nenne 5 Beispiele: Eisen, Blei, Zink, Kupfer, Chrom b) Zähle Ausnahmen auf. Gold, Silber, Platin 2. a) Wenn man Kupferoxid mit Zink erhitzt, so erhält man Kupfer. Ergänze das Reaktionsschema. Zinkoxid Reduktion Oxidation b) Erkläre, warum man Kupfer nicht durch Erhitzen von Kupferoxid und Silber gewinnen kann. Silber ist ein edleres Metall als Kupfer. 3. Der Hochofen wird durch die und Zuschlägen Roheisen Heißluft Schlacke Zement und im , Koks eingeblasen. Die Reduktion . Unten sammelt sich das . Sie schützt das Eisen vor einer . In Abständen von vier bis sechs Stunden wird das abgestochen. Es kommt zur Weiterverarbeitung in ein Herstellung von Eisenerz Kohlenstoff und . Darüber schwimmt die Oxidation von oben mit beschickt. Von unten wird Kohlenstoffmonoxid erfolgt mit erneuten Gichtglocke Stahlwerk Straßenbau Roheisen . Die Schlacke wird zur verwendet. 4. Begründe, warum die Aussage „Eine Autokarosserie besteht überwiegend aus Eisenblech“ nicht korrekt ist. Die Karosserie besteht nicht aus (reinem) Eisen, sondern aus Stahl. 5. Autokühler werden aus Metallen und nicht aus Kunststoffen hergestellt. Begründe, warum. Kunststoffe könnten in der Hitze zerstört werden. Außerdem leiten Kunststoffe die Wärme schlecht weiter. 6. Zink-, Blei- und Kupferbleche werden häufig zum Abdecken von Dächern verwendet, Eisen dagegen nicht. Begründe, warum. Eisen rostet. Die anderen Metalle bilden an der Luft dünne Schutzschichten. 7. Eisenschrott ist ein wertvoller Rohstoff für die Stahlherstellung. Erläutere, warum dieser Schrott möglichst frei von anderen Metallbestandteilen sein muss. Die anderen Metalle würden sich im Stahl lösen und die Qualität herabsetzen. Kapitel 5 Was weißt du über Elementfamilien? Halogene 13 Alkalimetalle 1. Die Halogene stehen in der _VII. Hauptgrup- 7. Die Alkalimetalle stehen in der _I. _ Haupt- pe bzw. _17._ Gruppe im PSE und haben _7_ gruppe bzw. _1._ Gruppe im PSE und haben _1 Elektronen auf der äußersten Elektronenschale. Elektron auf der äußersten Elektronenschale. 2. Nenne die ersten vier Halogene. 8. Nenne die ersten vier Alkalimetalle. Fluor, Chlor, Brom, Iod Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium 3. Erkläre die Namen der vier Halogene. Name des Halogens Bedeutung des Namens Fluor das fließende, Flussmittel Chlor das Gelbgrüne Brom das Stinkende Iod das Veilchenblau 4. Erläutere, warum die Halogene in der Natur nur in Form ihrer Verbindungen vorkommen. Sie sind zu reaktionsfreudig, um in reiner Form in der Natur vorzukommen. 5. Ordne die Halogene nach zunehmender Reaktionsfreudigkeit. Iod Brom Chlor 9. Erkläre, warum die Alkalimetalle in der Natur nur in Form ihrer Verbindungen vorkommen. Sie sind zu reaktionsfreudig. 10. Ordne die Alkalimetalle nach zunehmender Reaktionsfreudigkeit. Rubidium Kalium Natrium Lithium 11. Vervollständige die folgende Tabelle: Alkalimetalle Farbe der Flammenfärbung Lithium Rot Natrium Gelb Kalium Blassviolett Rubidium Rotviolett Fluor 12. Erkläre, was passiert, wenn man ein Alkalimetall ins Wasser wirft. Formuliere einen vollständigen Satz und eine Reaktionsgleichung. 6. Vervollständige die folgende Tabelle: Halogen Aggregatzustand (bei 20 °C) Farbe Fluor gasförmig grüngelb Dabei entsteht Wasserstoff. Chlor gasförmig gelbgrün 2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2 Brom flüssig rotbraun Iod fest blauschwarz Alkalimetalle reagieren mit Wasser. Kapitel 5 Das Periodensystem 14 1. Erkläre die Bedeutung der im Bild neben den Elementsymbolen angegebenen Zahlen. Die Zahlen geben die Atommassen an. 2. Erkläre, nach welchen Gesichtspunkten MENDELEJEW die Elemente in Spalten und Zeilen geordnet hat. Er ordnete die Elemente in Spalten nach steigenden Atommassen, in Zeilen nach chemischen Verwandtschaften. 3. Nenne den Unterschied zum heutigen Periodensystem. Zeilen und Spalten sind heute vertauscht angeordnet. Auch werden die Übergangsmetalle bzw. Nebengruppenelemente (z. B. Cu, Ag, Zn, Hg, Au usw.) heute extra aufgeführt. 4. Zwischen den Elementen Silicium (Si = 28) und Zinn (Sn = 118) steht die Eintragung ? = 70. a) Erläutere, was MENDELEJEW damit gemeint hat. Er erwartete, dass hier ein noch ein unbekanntes Element stehen müsse. b) Nenne das Element, das im heutigen Periodensystem an dieser Stelle steht. Ge, Germanium Kapitel 5 Edelgase: Überprüfe dein Wissen 15 1. a) Nenne die Namen von fünf Edelgasen, auf die die Symbole hinweisen. Schreibe sie unter die Bilder. He = Helium, Ne = Neon, Ar = Argon, Kr = Krypton und Xe = Xenon b) Erkläre die Bedeutung der Silbe „Edel“ im Namen Edelgase. Alle Edelgase sind chemisch reaktionsträge. Sie gehen kaum Verbindungen ein. Deshalb bezeichnet man sie als „edel“. 2.a) Nenne den Anteil der Edelgase in der Luft. Die Luft enthält etwa 1 % Edelgase. b) Ordne die Edelgase nach ihren Mengenanteilen an der Luft. Beginne mit dem Edelgas, von dem am meisten in der Luft enthalten ist. Von Argon ist am meisten in der Luft enthalten, von Xenon am wenigsten. Argon: 9300 ppm (entspricht 0,93 %), Neon: 18 ppm, Helium: 5 ppm, Krypton: 1 ppm, Xenon: 0,1 ppm. 3. a) Beschreibe mithilfe der Abbildungen, wo Edelgase industriell eingesetzt werden. Edelgase werden beim Schweißen, bei der Glühlampenherstellung sowie als Füllgas für Ballons und Luftschiffe eingesetzt. b) Erläutere jeweils die Eigenschaften der Edelgase, die man dabei nutzt. Argon dient beim Schweißen als Schutzgas. Es verhindert, dass die heißen Metalle an der Schweißnaht oxidieren. Edelgase in Glühlampen helfen, das Verdampfen des Glühfadens zu vermeiden. Xenonlampen vertragen deswegen eine größere Stromstärke als Glühlampen mit Stickstofffüllung. Helium ist leichter als Luft. Es verleiht Luftschiffen den erforderlichen Auftrieb. c) Begründe, warum Edelgase (bis auf eine Ausnahme) nicht giftig sind. Edelgase sind nicht giftig, weil sie nicht mit Stoffen im Körper reagieren. (außer Radon) herkömmliche Glühlampe energiesparende WolframHalogenGlühlampe 4. a) Glühlampen enthalten das Edelgas Argon. Beschreibe die Aufgabe, die dieses Gas in den Glühlampen hat. In Glühlampen verhindern die Edelgase Argon und Krypton, dass der feine Glühfaden aus Wolfram allzu schnell verdampft. Würden die Glühlampen Sauerstoff enthalten, so würde der Wolframfaden sofort verbrennen. b) Der Verkauf von Glühlampen wird nach und nach eingeschränkt und verboten. Begründe, warum. Moderne Lampentypen benötigen bei gleicher Lichtausbeute deutlich weniger Energie. c) Nenne Vor- und Nachteile der Energiesparlampen im Vergleich zu den Glühlampen. Moderne Lampen haben einen geringeren Stromverbrauch und eine längere Haltbarkeit. Energiesparlampen enthalten aber Quecksilber und müssen als Sondermüll entsorgt werden. Atombausteine, Atombau und Isotope Kapitel 6 16 1. Fülle die Tabelle zu den wichtigsten Atombausteinen und ihren wesentlichen Eigenschaften aus: Atombaustein Masse in u elektrische Ladung Aufenthaltsort Proton ≈ 1 (1,00728) positiv +1 Atomkern Neutron ≈ 1 (1,00867) neutral 0 Atomkern Elektron sehr klein (0,00055) negativ –1 Atomhülle 2. Erläutere die einzelnen Angaben. 10,8 5 B < < < Massenzahl chemisches Symbol Ordnungszahl, Protonenzahl, Kernladungszahl 19,00 3. a) Die Massenzahl ist bei vielen Elementen keine ganze Zahl. Eigentlich sollte man aus der Massenzahl und der Ordnungszahl eines Elementes auf die Zahl der Neutronen schließen können. Bei Fluor ist das zum Beispiel auch der Fall: Nenne die Anzahl der Neutronen, Protonen und Elektronen von Fluor. 9 F Fluor besitzt 9 Protonen, 9 Elektronen und 10 Neutronen b) Chlor kommt in der Natur in zwei Formen vor. Sie werden Isotope genannt. Folgende Daten sind bekannt: 35 Cl 17 Kommt in der Natur zu kommt 75,5 % vor in der Natur zu 75,5 % vor 37 kommt in der Natur zu kommt 24,5 % vor in der Natur Cl zu 24,5 % vor 17 c) Berechne die Massenzahl, die demnach das natürlich vorkommende Chlor haben müsste. . . (35 u 0,755) + (37 u 0,245) = 35,49 u d) Berechne die Massenzahlen, die sich für die natürlich vorkommende Isotopenmischung ergeben: für Magnesium mit der Zusammensetzung: 24 Vorkommen in der Natur: 79 % für Kalium mit der Zusammensetzung: Vorkommen in der Natur: Mg 39 K 93,3 % 25 Mg 10 % 26 Mg 11 % 41 K 6,7 % Massenzahl der Mischung? 24,32 u Massenzahl der Mischung? 39,13 u Atombau und Isotope Kapitel 6 17 1. Vervollständige die Zeichnungen der Schalenmodelle und gib die Kernladungszahlen an. Fülle die Tabelle vollständig aus. Schalenmodell Elementsymbol Name des Elements Ne Stellung im PSE Gruppe/Hauptgruppe* Periode Neon 18/VIII 2 O Sauerstoff 16/VI 2 K Kalium 1/I 4 Si Silicium 14/IV 3 p: 10 p: 8 p: 19 p: 14 * Die Nummer der Hauptgruppe erhältst du, wenn du von der Gruppennummer 10 abziehst. 2. Setze die fehlenden Begriffe ein: Isotope sind Atome eines Elements, die im Atomkern die gleiche Anzahl von Protonen aber eine unterschiedliche Anzahl von , Neutronen haben. 3. Notiere die Anzahl der Protonen, Neutronen und Elektronen für die einzelnen Isotope. Beispiele für Isotope 12 6C 14 6C 63 29Cu 65 29Cu 210 82Pb 211 82Pb 212 82Pb Protonenzahl 6 6 29 29 82 82 82 Neutronenzahl 6 8 34 36 128 129 130 Elektronenzahl 6 6 29 29 82 82 82 Das Schalenmodell der Elektronenhülle Kapitel 6 18 1. Zeichne die Elektronen als kleine Kreise in das Schalenmodell ein und gib die Bezeichnung der Schalen an. 2. Nenne den Elementnamen und das Elementsymbol. Argon, Ar 3. Nenne die Hauptgruppe des Periodensystems, in dem das Element steht. 18. Gruppe (VIII. Hauptgruppe) 4. Ergänze den folgenden Text: Protonen Das Kern-Hülle Modell sagt aus, dass neutrale Atome ebenso viele Elektronen sich die in der Hülle enthalten. Nach dem Elektronen in bestimmten Bahnen oder Diese werden mit den Buchstaben K, kann 2 Elektronen aufnehmen. Eine mit 8 Schalen- L ,M aufnehmen, die Elektronen (Ausnahme: K-Schale). Die Atome der ,N modell bewegen Schalen um den Kern. usw. bezeichnet. Die K- Schale L-Schale kann 8 besetzte Außenschale Edel- im Kern wie Elektronen gilt als maximal besetzt gase besitzen solche maximal gefüllten Außenschalen. Sie sind chemisch besonders reaktionsträge. 5. Vervollständige die Zeichnungen der Schalenmodelle. Notiere die Kernladungszahlen in den grauen Kreisen, trage die fehlenden Elektronen in die Schalen ein und ergänze die fehlenden Begriffe. Elementsymbol: Si Ca Name: Silicium Calcium N Stickstoff Ne Neon Kochsalz im Alltag Kapitel 7 19 1. Salz hat viele Namen. Beim Kochsalz gibt es verschiedene Bezeichnungen, die auf die Herkunft des Salzes hinweisen. Erläutere diese Begriffe. Meersalz: Der Name weist darauf hin, dass es in heißen Ländern durch Verdunstenlassen von Meerwasser gewonnen wird. Steinsalz: Dieses Salz wird als festes Salz unterirdisch in Bergwerken abgebaut, zum Beispiel in Hallein, Hallstatt, Bad Aussee, Bad Ischl, …. Siedesalz: Siedesalz gewinnt man durch Eindampfen von salzhaltigen Lösungen (Sole). 2. Salz ist lebenswichtig. Ohne Salz kann kein Mensch leben. Im Blut und in jeder menschlichen Zelle ist Kochsalz als 0,9 %ige Lösung enthalten. Nenne die Lösung, die man Patienten und Patientinnen nach einem großen Blutverlust und oft nach Operationen als Infusion verabreicht. Diese Lösung heißt physiologische Kochsalzlösung. 3. Verwendung von Kochsalz. Zähle einige Beispiele auf, wofür Kochsalz verwendet wird. Salz wird in der Küche zum Würzen verwendet (Kochsalz, Speisesalz), als Konservierungsmittel, als Streusalz im Winter, als Regeneriersalz in Geschirrspülmaschinen und in der Industrie als Rohstoff. 4. „Weißes Gold“. Salz wurde früher auch als „weißes Gold“ bezeichnet. Erkläre, was damit gemeint ist. Bevor es Kühlschränke gab, war das Salzen die wichtigste Methode, Fleisch und Fisch haltbar zu machen. Salz war also wichtig und dazu auch knapp – und daher sehr teuer. Deshalb nannte man es auch „weißes Gold“. 5. Chemischer Name. Nenne den chemischen Namen für Kochsalz. Natriumchlorid Kapitel 7 Aus Atomen werden Ionen: Natriumchlorid 20 + Natrium-Atom Chlor-Atom Zahl der Protonen: 11 Zahl der Protonen: 17 Elektronen insgesamt: 11 Elektronen insgesamt: 17 Außenelektronen: 1 Außenelektronen: 7 1. Notiere die fehlenden Angaben zu den Atomen und Ionen. 2. Zeichne die Elektronen farbig in die richtigen Schalen ein. 3. Nenne die Anzahl der Elektronen, die dem Chlor-Atom fehlen, damit es acht Elektronen auf der Außenschale hat. 4. Nenne die Anzahl der Elektronen, die ein Natrium-Atom abgeben muss, damit es eine volle Außenschale hat. 5. Zeichne oben mithilfe eines Pfeils ein, wie der Elektronenübergang zwischen den beiden Atomen abläuft. Natrium-Ion 1 Elektron 1 Elektron Chlorid-Ion Zahl der Protonen: 11 Elektronen insgesamt: 10 Außenelektronen: 8 elektrische Ladung: 1+ 6. Notiere die fehlenden Angaben zu den entstandenen Ionen. Zahl der Protonen: 17 Elektronen insgesamt: 18 Außenelektronen: 8 elektrische Ladung: 1– Kapitel 7 Ionenbildung in vereinfachter Schreibweise 21 Kapitel 7 Fluor-Atom Molekülbildung im Modell Fluor-Atom 22 Fluor-Molekül 1. Erkläre mithilfe des obigen Beispiels die Oktettregel. Durch gemeinsame Nutzung zweier Elektronen kann jedem Fluor-Atom eine Achterschale (ein stabiles Elektronenoktett) zugeordnet werden. 2. a) Zeichne wie in Aufgabe 1 ein, wie sich aus Atomen durch Elektronenpaarbindungen Moleküle bilden. b) Notiere die zugehörigen Elementsymbole. c) Beschreibe, welchen Edelgas-Atomen die Elektronenhüllen der einzelnen Atome in den Molekülen entsprechen würden, wenn die gemeinsamen Elektronenpaare mitgezählt werden. Helium-Atome und Argon-Atome Kapitel 7 Elektronenpaarbildung – mit und ohne Dipol 23 Das Wasserstoff-Molekül H2 Die bindenden Elektronen werden x gleich stark / unterschiedlich stark angezogen. Die Ladungsverteilung ist x symmetrisch / unsymmetrisch Folge: Dipol-Molekül ja xnein Das FluorwasserstoffMolekül HF Die bindenden Elektronen werden gleich stark / x unterschiedlich stark angezogen. Die Ladungsverteilung ist symmetrisch / x unsymmetrisch Folge: Dipol-Molekül x ja / nein Das Wasser-Molekül H2O Die bindenden Elektronen werden gleich stark / x unterschiedlich stark angezogen. Die Ladungsverteilung ist symmetrisch / x unsymmetrisch Folge: Dipol-Molekül Das KohlenstoffdioxidMolekül CO2 x ja / nein Das CO2-Molekül ist kein Dipol-Molekül. Begründe, warum. Die bindenden Elektronen werden von den SauerstoffAtomen stärker angezogen, weil sie eine größere EN besitzen. Das Molekül ist aber linear gebaut, die polaren Bindungen sind daher genau entgegengesetzt gerichtet. Ihre Wirkungen heben sich deshalb auf. Das CO2-Molekül ist daher kein Dipol-Molekül. Kapitel 7 Zwischenmolekulare Kräfte im Test 24 Kreuze jeweils die richtige Antwort an. Es sind auch mehrere Antworten möglich. 1. Zwischen Dipol-Molekülen herrschen A Van-der-Waals-Kräfte. B Elektronenpaarbindungen. C elektrostatische Anziehungskräfte. D magnetische Kräfte. 7. Wasser A ist bei 4 °C besonders zähflüssig. B ist bei 4 °C besonders dünnflüssig. C hat bei 4 °C die größte Dichte. D hat bei 4 °C die geringste Dichte. 2. Wasser-Moleküle sind A unpolare Moleküle. B Dipol-Moleküle. C Ionen-Moleküle. D Elektronen-Moleküle. 8. A B C D 3. 9. Wasserstoffbrückenbindungen bezeichnet man als A starke Anziehungskräfte zwischen Ionen. B starke Anziehungskräfte zwischen WasserMolekülen. C starke Anziehungskräfte zwischen Alkanen. D starke Anziehungskräfte zwischen MetallAtomen. 4. Atome mit einem Überschuss an negativer Ladung bilden in Dipol-Molekülen A den Pluspol. B den Minuspol. C den Dipol. D weder Plus- noch Minuspol. 5. Wasser löst Salze gut, weil A Ionen im Salzkristall Dipole sind. B Dipol-Moleküle wasserlöslich sind. C Wasser-Moleküle und Ionen im Salzkristall sich gegenseitig anziehen. D Wasser alle Stoffe gut löst. 6. Durch die feste Verknüpfung der Wasser Moleküle bildet Eis A rechteckige Eiskristalle. B fünfeckige Hohlräume. C ein dreieckiges Eisgitter mit Hohlräumen. D ein sechseckiges Eisgitter mit Hohlräumen. Zwischen allen Molekülen herrschen Dipolkräfte. Van-der-Waals-Kräfte. elektromagnetische Kräfte. magnetische Anziehungskräfte. Je größer die Molekülmasse der Halogene ist, A desto höher ist die Schmelztemperatur. B desto höher sind die Dipolkräfte. C desto stärker sind die Van-der-Waals-Kräfte. D desto niedriger ist die Siedetemperatur. 10. Zwischen positiv und negativ geladenen Ionen herrschen A Van-der-Waals-Kräfte. B Dipolkräfte. C elektrostatische Anziehungskräfte. D Wasserstoffbrückenbindungen. 11. Van-der-Waals-Kräfte sind A viel stärker als Dipolkräfte. B viel stärker als die Bindungskräfte zwischen Atomen. C viel schwächer als die Anziehungskräfte zwischen Ionen. D starke zwischenmolekulare Kräfte. 12. Ein Maß für die unterschiedlichen Anziehungskräfte, die auf die Bindungselektronen wirken, ist A die Ionengitteranziehungskraft. B die Molekülgitterstruktur. C die negative elektrische Ladung der Ionen. D die Elektronegativität. Kapitel 7 Metalle und Salze im Vergleich 25 1. Ein Metallkristall ist aus positiv geladenen Metall-Ionen aufgebaut, die von freien Elektronen zusammengehalten werden. a) Kennzeichne die Metall-Ionen in der Modelldarstellung mit einem Pluszeichen; Zeichne das „Elektronengas“ dazwischen als blaue Fläche ein. b) Erkläre, warum ein Metallkristall nicht zerspringt, wenn man mit dem Hammer darauf schlägt, sondern sich verformen lässt. 2. Ein Salz besteht aus positiv und negativ geladenen Ionen, die im Salzkristall feste Plätze einnehmen. a) Kennzeichne die Ionen in der Modelldarstellung mit Plus- und Minuszeichen und male sie jeweils farbig an. b) Erkläre, warum ein Salzkristall hart und spröde ist und zerspringt, wenn man mit einem Hammer darauf schlägt. Werden die Metall-Ionen im Kristall Werden die Ionen in einem Salzkristall gegeneinander verschoben, sind sie um eine Gitterschicht verschoben, ste- immer noch von freien Elektronen um- hen sich gleich geladene Ionen ge- geben. Sie werden dann ebenso fest genüber. Sie stoßen sich gegenseitig zusammengehalten wie vorher. ab, der Kristall zerbricht. 3. Erkläre mithilfe der Modelldarstellung, warum Metalle im festen Aggregatzustand den elektrischen Strom gut leiten, Salzkristalle dagegen Nichtleiter sind. In Metallen dienen die beweglichen, freien Elektronen als Ladungsträger. Deshalb sind Metalle gute Leiter. In Ionenverbindungen sind die positiv und negativ geladenen Ionen die Ladungsträger. In Salzkristallen haben sie feste Plätze und können sich nicht bewegen. Deshalb sind Salzkristalle Nichtleiter. Kapitel 8 Die Zink-Kohle-Batterie 26 Die Zink-Kohle Batterie gibt es als 1,5-V-Rundzelle in unterschiedlichen Größen. Für höhere Spannungen werden mehrere Zellen in einer Batterie in Reihe geschaltet, wie beispielsweise in der 9-V-Blockbatterie. 1. Zähle elektrische Geräte auf, in denen Zink-Kohle-Batterien verwendet werden. Taschenlampen, Spielzeug, Fernbedienungen 2. Benenne die einzelnen Elemente der Zink-Kohle-Batterie. Polkappe Isolation Kohlestab (Katode) Braunstein-Ruß-Gemisch Papier mit Ammoniumchlorid-Lösung (Elektrolyt) Zinkbecher (Anode) 3. Beantworte die Fragen zu den Vorgängen in der Batterie, wenn über eine kleine Glühlampe Strom fließt. a) Kennzeichne mit Pfeilen den Weg der Elektronen und benenne die Pole. Schreibe ein Plus für den Pluspol und ein Minus für den Minuspol in den jeweiligen leeren Kreis. b) Beschreibe die Funktion des Kohlestabs. Er leitet die Elektronen zu den Mn4+-Ionen. c) Nenne die Teilchen, die Elektronen abgeben, und jene, die Elektronen aufnehmen. Zink-Atome geben Elektronen ab, Mn4+-Ionen nehmen Elektronen auf. d) Überlege und erkläre, was mit dem Zinkbecher geschieht, wenn die Zink-Kohle-Batterie längere Zeit benutzt wird. Durch die Entladung der Batterie löst sich der Zinkbecher auf. Die Elektrolytlösung kann auslaufen und im Gerät Schäden durch Korrosion verursachen. Kapitel 8 Redoxreaktionen – Austausch von Elektronen 27 1. Die Begriffe Oxidation und Reduktion haben im Laufe der Zeit eine neue, erweiterte Bedeutung bekommen. Fülle die Tabelle aus. ursprüngliche Bedeutung erweiterte Bedeutung Oxidation Aufnahme von Sauerstoff Abgabe von Elektronen Reduktion Abgabe von Sauerstoff Aufnahme von Elektronen 2. Reaktion von Magnesium in reinem Sauerstoff A) und in Chlor B). a) Ergänze die Gleichungen in B). A) Reaktionsgleichung: 2 Mg + O2 Oxidation : 2 Mg B) 2 MgO 2 Mg2+ + 4 e– Reduktion: O2 + 4 e– 2 O2– Redoxreaktion: 2 Mg + O2 2 Mg2+ + 2 O2– (2 MgO) Reaktionsgleichung: Mg + Cl2. Mg2+ + 2 e– Oxidation: Mg Reduktion: Cl2 + 2 e– Redoxreaktion: Mg + Cl2 MgCl2 2 Cl– Mg2+ + 2 Cl– (MgCl2) b) Beschreibe die Elektronenübertragungen bei A) und B) mit eigenen Worten. A) Magnesium-Atome geben je zwei Elektronen ab und werden zu zweifach positiv geladenen Magnesium-Ionen. Sauerstoff-Atome nehmen je zwei Elektronen auf und werden zu zweifach negativ geladenen Sauerstoff-Ionen. Es bildet sich Magnesiumoxid (MgO). B) . Magnesium-Atome geben je zwei Elektronen ab und werden zu zweifach positiv geladenen Magnesium-Ionen. Je ein Chlor-Atom nimmt ein Elektron auf und wird zu einem einfach negativ geladenen Chlorid-Ion. Es bildet sich Magnesiumchlorid (MgCl2). . c) Nenne den Stoff, der jeweils das Reduktionsmittel ist. Magnesium ist in beiden Fällen das Reduktionsmittel. . d) Nenne den Stoff, der bei B) das Oxidationsmittel ist. In der Reduktion B) ist Chlor das Oxidationsmittel. . So kann man Salzsäure herstellen Kapitel 9 28 1. a) Der erste Schritt zu Salzsäure ist die Herstellung von Hydrogenchlorid. Beschreibe, wie sich dieses Gas herstellen lässt. Hydrogenchlorid lässt sich durch die Reaktion von Schwefelsäure mit Kochsalz herstellen. b) Erkläre, wie man aus Hydrogenchlorid Salzsäure erhält. Wenn gasförmiges Hydrogenchlorid in Wasser gelöst wird, entsteht Salzsäure. c) Beschreibe kurz, was beim Lösen von Hydrogenchlorid in Wasser geschieht. Stelle auch die Wortgleichung dazu auf. Beim Lösen von gasförmigem Hydrogenchlorid in Wasser zerfallen die HCIMoleküle in positiv geladene H+-Ionen und negativ geladene Chlorid-Ionen. Hydrogenchlorid in Wasser → Wasserstoff-Ionen und Chlorid-Ionen 2. Begründe, warum man Hydrogenchlorid-Gas manchmal auch als Salzsäure-Gas bezeichnet. Gibt man das Gas Hydrogenchlorid in Wasser, erhält man Salzsäure. Deshalb sagt man zum Gas Hydrogenchlorid auch Salzsäure-Gas. 3. Benenne das Teilchen, das in Salzsäure-Lösungen für die sauren Eigenschaften verantwortlich ist. Es ist das Proton = H+-Ion = Wasserstoff-Ion konz. Schwefelsäure Hydrogenchlorid-Gas Salzsäure 4. Salzsäure enthält kein Salz. Erkläre, warum sie dennoch so heißt. Man kann Salzsäure in einer chemischen Reaktion auch aus Kochsalz (Natriumchlorid) und Schwefelsäure herstellen. Hierbei entsteht zunächst HCl-Gas, das man anschließend in Wassser löst. 5. a) Beschrifte die Abbildung. Verwende dazu diese Begriffe: Hydrogenchlorid-Gas, Natriumchlorid, Salzsäure, konzentrierte Schwefelsäure b) Nenne die Substanz, die hergestellt wird. Natriumchlorid Salzsäure Kapitel 9 Säuren haben gemeinsame Eigenschaften 29 1. Säuren schmecken sauer. Erkläre, warum man das im Labor nicht überprüfen darf, indem man kostet. Viele Säuren wirken ätzend und sind gesundheitsschädlich. Im Chemielabor darf man außerdem grundsätzlich keine Geschmacksprüfungen machen. 2. Nenne die Stoffe, die anzeigen können, ob eine Säure vorliegt. Zähle einige Beispiele auf. Indikatoren, z. B. Lackmus, Bromthymolblau, Universalindikator 3. Säuren reagieren mit Kalk. Beschreibe, wie sich das zeigen lässt. Notiere dazu die entsprechende Reaktionsgleichung. Kalk und Säure (siehe Abbildung): CaCO3 + 2 HCl → CO2 + H2O + CaCl2 Nachweis des Kohlenstoffdioxids: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O 4. a) Beschreibe, was geschieht, wenn man Säuren mit unedlen Metallen zusammenbringt. Es kommt zu einer chemischen Reaktion, dabei entsteht Wasserstoff. b) Schreibe die Reaktionsgleichung für die Reaktion zwischen Magnesium und Salzsäure auf (Wort- und Formelgleichung/Reaktionsgleichung). Magnesium + Salzsäure → Magnesiumchlorid + Wasserstoff Mg + 2 HCl → MgCl2 H2 5. Säuren leiten den elektrischen Strom. Erkläre, was man daraus schließen kann. In Säuren bzw. sauren Lösungen müssen bewegliche Ladungsträger enthalten sein: Ionen. 6. Nenne das Gas, das am Minuspol entsteht, wenn man Säuren durch Elektrolyse zerlegt. Es entsteht Wasserstoff, der durch die Knallgasprobe nachweisbar ist. 7. Nenne die Teilchen, die die typischen Reaktionen von sauren Lösungen verursachen. Erkläre, wie diese Teilchen entstehen. Protonen (H+-Ionen bzw. H3O+-Ionen). Sie entstehen durch Zerfall der Säureteilchen in Wasser: Säureteilchen (in Wasser) → Protonen + Säurerest-Ionen Kapitel 9 Basen haben gemeinsame Eigenschaften 30 1. Erkläre, weshalb sich Basen seifig („schmierig“) anfühlen. Die Base greift die oberste Schicht der menschlichen Haut an, diese löst sich zum Teil auf. Daher das „schmierige“ Gefühl. 2. Nenne den Hauptbestandteil der meisten Rohrreiniger und beschreibe, wie er wirkt. Hauptbestandteil: festes Natriumhydroxid, NaOH. In Wasser löst sich der Stoff rasch auf. Dadurch entsteht eine stark alkalische Natriumhydroxidlösung, eine Base. Sie wirkt stark ätzend und zersetzt viele Stoffe. 3. Vervollständige die Tabelle. Indikator Farbe des Indikators in einer sauren Lösung Rotkrautsaft Rot Universalindikator Rot neutralen Lösung basischen Lösung Violett Blau Gelbgrün Blauviolett 4. Basen wirken ätzend. Erläutere, was man deshalb zu beachten hat, wenn man mit Basen arbeitet. Schutzbrille tragen! Hautkontakt vermeiden (Handschuhe tragen)! Basenspritzer möglichst rasch mit viel Wasser abwaschen. 5. Festes Natriumhydroxid leitet den elektrischen Strom nicht. Gibt man zu Natriumhydroxid etwas destilliertes Wasser, so leitet die Lösung dagegen den Strom. Erkläre, warum. Natriumhydroxid besteht aus Na+- und OH–-Ionen, die allerdings ein festes Ionengitter bilden. Gibt man Wasser hinzu, löst sich das Ionengitter auf. Die Ionen werden beweglich und können dann elektrischen Strom leiten. 6. Nenne die Teilchen, die die typischen Reaktionen von Basen verursachen. Beschreibe, wie sie entstehen. Basen enthalten OH–-Ionen (Hydroxid-Ionen). Beispiel: NaOH (in Wasser) → Na+ + OH– Der pH-Wert Kapitel 9 1. Der pH-Wert sagt aus, wie stark oder alkalisch (basisch) Liegt der pH-Wert zwischen sauer eine Lösung ist. 0 und 7 , ist kleiner die Lösung sauer. Dabei gilt: Je 2. Ein Liter Salzsäure mit dem pH-Wert = 0 soll mit Wasser auf eine Salzsäure mit dem pH-Wert = 1 verdünnt werden. Überlege, wie viel Wasser du zum Verdünnen zugeben musst. Berechne die Gesamtmenge an verdünnter Säure nach dem Verdünnen auf pH = 1. der pH-Wert, desto stärker ist die Säure. Liegt der pHWert zwischen 7 und 14 , ist die Lösung größer basisch. Dabei gilt: Je der pH-Wert, desto alkalischer ist die Lösung. Der pH-Wert von 7 ist neutral, destilliertes diesen Wert. Je mehr der H+-Ionen Lösung vorhanden sind, desto Lösung und desto kleiner Bei den Basen sind die Wasser hat in einer saurer ist die ist der pH-Wert. OH–-Ionen für die Eigenschaften verantwortlich. Je höher ihre Konzentration ist, desto stärker alkalisch reagiert die Lösung und desto höher ist der pH-Wert. Um eine Säure oder Base um eine pH- Einheit zu verdünnen, muss man auf die zehnfache Menge an Wasser auffüllen. 3. Der Universalindikator zeigt durch seine Farben den pH-Wert an. a) Färbe die Abbildung unten mit den richtigen Farben ein. Beschrifte dann die Zeichnung. b) Zeichne in die Skala die pH-Werte von sechs verschiedenen Stoffen ein. Benutze dazu als Hilfe die Tabelle in deinem Schulbuch auf S. 123. 31 Neutralisation Kapitel 9 32 Man gibt gleiche Mengen der Salzsäure und der Natriumhydroxid-Lösung (Natronlauge) mit jeweils gleicher Konzentration (0,1 mol/l) zusammen. Der Säure und der Base hat man jeweils etwas Universalindikator zugesetzt. 1. a) Zeichne die Farbe der Ausgangslösungen in die nebenstehende Abbildung ein. Notiere die pHBereiche der beiden Lösungen. b) Beschreibe, was geschieht, wenn man eine Säure und eine Base zusammengießt. 1 13 Es kommt zu einer Neutralisationsreaktion. Wärme wird frei. Es entstehen Wasser und ein Salz. 2. Formuliere die Wort- und Reaktionsgleichung für den obigen Versuch; gib auch an, ob es sich um eine endotherme oder exotherme Reaktion handelt. Salzsäure + HCl Natronlauge Natriumchlorid NaCl NaOH + + Bei der obigen Reaktion handelt es sich um eine Wasser H 2O exotherme Reaktion. 3. Vervollständige folgende Reaktionsgleichungen: Na+ + NO3– + H2O a) H+ + NO3– + Na+ + OH– Salpetersäure + Natronlauge b) H+ + CN– + K+ + OH– Blausäure + Natriumnitrat K+ + CN– + Kalilauge + Wasser H 2O Kaliumcyanid + Wasser 4. Nenne die drei Gemeinsamkeiten, die alle Neutralisationsreaktionen aufweisen. a) Wasser entsteht. b) Ein Salz entsteht. c) Wärme wird frei. 5. Beim Versuch, in einem Chemielabor konzentrierte Salzsäure mit konzentrierter Natronlauge zu neutralisieren, zersprang die Waschflasche aus Glas, in der sich die Salzsäure befand. Erkläre, warum. Es entsteht sehr viel Wärme. Der Glasbehälter kann sich dabei so stark erwärmen, dass er bricht. Säuren und Basen – alles klar? Kapitel 9 33 1. Richtig oder falsch? Kreuze jeweils das Richtige an. richtig falsch a) Salpetersäure hat die Formel HNO3. b) Salzsäure entsteht durch eine Reaktion von Hydrogenchlorid mit Wasser. c) Säuren färben Universalindikator blau. d) Ein Molekül Phosphorsäure enthält vier Sauerstoff-Atome, ein Phosphor-Atom und drei Wasserstoff-Atome. e) Wässrige Lösungen von Säuren haben einen pH-Wert > 7. f) Basen sind wässrige Lösungen von Hydroxiden. g) Hydroxide leiten den elektrischen Strom. h) Wässrige Lösungen von Säuren und Hydroxiden leiten den elektrischen Strom. i) Basen färben Universalindikator rot. k) Die pH-Skala reicht von 0 bis 14. l) Calciumlauge wird auch Kalkwasser genannt. m) Neutralisationsreaktionen verlaufen exotherm, es wird Wasser gebildet. 2. Nenne die drei wesentlichen Merkmale jeder Neutralisationsreaktion. Es bilden sich Wasser und ein Salz, es entsteht Wärme. 3. Durch Neutralisationsreaktionen entstehen Salze. Vervollständige die folgenden Reaktionsgleichungen. H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + 2 H2O HNO3 + KOH KNO3 + H 2O H2SO3 + 2 Na(OH) Na2SO3 + 2 H2O 4. Schreibe die Formeln folgender Salze auf: Bariumnitrat Ba(NO3)2 Magnesiumsulfat MgSO4 Lithiumnitrat LiNO3 Calciumchlorid CaCl2 Kaliumsulfit K2SO3 Kupfersulfat CuSO4 Natriumcarbonat Na2CO3 Caesiumfluorid CsF Strontiumchlorid SrCl2 So entstehen Salze Kapitel 9 34 1. In der folgenden Übersicht sind fünf Möglichkeiten dargestellt, wie man Salze herstellen kann. Ergänze die fehlenden Bausteine. Säure + Base Beispiel: HCl + NaOH Metall + Säure Beispiel: Ca + H2SO4 Salz + Wasser Metalloxid + Säure Salz + Wasser Beispiel: NaCl + H 2O Salz + Wasserstoff CaSO4 Salz 1 + + H2 MgO + H2SO4 MgSO4 + Metall + Nichtmetall Salz Beispiel: 2 Na + 2NaCl Salz 2 Beispiel: 2 Kl + Pb(NO3)2 Cl2 Salz 3 + Salz 4 PbI2 2 + H 2O KNO3 2. In der folgenden Tabelle sind einige Stoffe aufgeführt – nicht alle sind Salze. Vervollständige die Tabelle und kreuze an, welche Stoffe zu den Salzen gehören. Begründe, warum. Formel NaCl KNO3 H2SO4 CuSO4 CaCO3 Name des Stoffs Natriumchlorid Kaliumnitrat gehört zur Stoffgruppe Salze ja nein x besteht aus Metall- (Na+) und Säurerest-Ionen (Cl–; Säurerest der Salzsäure) x besteht aus Metall- (K+) und Säurerest-Ionen (NO3–; Säurerest der Salpetersäure) Schwefelsäure Kupfersulfat Calciumcarbonat Begründung x besteht aus Wasserstoff- (H+) 2– und Säurerest-Ionen (SO4 ; Säurerest der Schwefelsäure) x besteht aus Metall- (Cu2+) und Säurerest-Ionen (SO42–; Säurerest der Schwefelsäure) x besteht aus Metall- (Ca2+) und Säurerest-Ionen (CO32–; Säurerest der Kohlensäure) Schwefelsäure H2SO4 Kapitel 10 35 1. In einem Standzylinder wird etwas Schwefel verbrannt. Das Gefäß ist mit einer Glasplatte abgedeckt; im Standzylinder befindet sich etwas Wasser mit Universalindikator. a) Nach kurzer Zeit kann man rote Schlieren im Wasser sehen. Erkläre, wie sie entstehen. Da sich der Universalindikator rot färbt, muss daraus eine saure Lösung entstanden sein. b) Nenne die entstandenen Produkte. Schreibe zwei Wortgleichungen dazu auf. Schwefel + Sauerstoff → Schwefeldioxid Schwefeldioxid + Wasser → schweflige Säure c) Das Gas Schwefeldioxid kann man mithilfe von Katalysatoren weiter oxidieren. Schreibe dazu eine Wortgleichung auf. schweflige Säure + Sauerstoff → Schwefeltrioxid d) Beschreibe, wie sich aus diesem Zwischenprodukt Schwefelsäure herstellen lässt. Durch Lösen in Wasser erhält man Schwefelsäure: Schwefeltrioxid + Wasser → Schwefelsäure 2. Lässt man konzentrierte Schwefelsäure auf einer Waage offen an der Luft stehen, kann man nach einiger Zeit eine Veränderung der Anzeige beobachten. Erkläre diese Beobachtung. Konzentrierte Schwefelsäure ist stark wasseranziehend (hygroskopisch). Sie zieht Feuchtigkeit aus der Luft an. Die Masse nimmt daher mit der Zeit zu. 3. Gibt man konzentrierte Schwefelsäure auf Zucker, entsteht eine schwarze Masse, die sich aufbläht und schließlich sogar aus dem Becherglas ragt. Erkläre, wie es zu dieser Reaktion kommt. Konzentrierte Schwefelsäure zersetzt organische Stoffe wie Zucker. Es entsteht eine schwarze, kohlenstoffhaltige Masse. Der dabei freigesetzte Wasserdampf bläht die Masse auf. 4. Die Salze der Schwefelsäure heißen Sulfate . Sie werden vielseitig verwendet. Magnesiumsulfat Mg SO4 (Bittersalz) wird in Düngemitteln eingesetzt. Calciumsulfat beim Innenausbau von Häusern. BaSO4 gesetzt. Bleisulfat PbSO4 Bariumsulfat wird als Kontrastmittel beim Röntgen ein- ist in Autobatterien enthalten, Kupfer- verwendet man zum Verkupfern von Gegenständen. Natriumsulfat Füllstoff in Waschmitteln sowie bei der Glasherstellung ein. CaSO4 ist Gips. Man nutzt ihn sulfat ( Na2SO4 CuSO4 setzt die Industrie als ) Kapitel 10 Chemie und Boden 1. Saure Lösungen A haben einen pH-Wert größer 7, B färben Phenolphthalein rot, C leiten den elektrischen Strom, D enthalten Wasserstoff-Ionen, E sind ätzend. 9. Ammoniak A hat die Formel NaOH, B ist eine farblose Flüssigkeit, C ist gut in Wasser löslich, D wird zur Herstellung von Düngemitteln verwendet. 2. 10. Salpetersäure A entsteht durch katalytische Verbrennung von Ammoniak B färbt Universalindikator blau, C ist im sauren Regen enthalten, D wird als Konservierungsmittel verwendet. Folgende Stoffe ergeben mit Rotkrautsaft einen Farbumschlag nach Gelb: A Apfelsaft, B Meerwasser, C Regenwasser, D Kalkwasser, E Kochsalz-Lösung. 3. Eine alkalische Lösung A entfärbt Phenolphthalein-Lösung, B erhält man aus Calciumoxid und Wasser, C leitet nicht den elektrischen Strom, D enthält immer Hydroxid-Ionen. 4. Salzsäure A besteht aus HCl-Molekülen, B enthält Säurerest-Ionen, C ist ein Reinstoff, D reagiert mit Calcium, E enthält Salz. 5. Säuren A entstehen aus Nichtmetalloxiden, B bilden in Wasser Hydroxid-Ionen, C sind Wasserstoff-Verbindungen, D sind Sauerstoff-Verbindungen. 6. Bei einer Neutralisation A entsteht eine Salzlösung, B reagiert ein Metall mit einem Nichtmetall, C sinkt die Temperatur, D entsteht Wasser. 7. Bei der Reaktion von verdünnter Schwefelsäure mit Magnesium A entsteht ein brennbares Gas, B entsteht Magnesiumsulfit, C findet eine Neutralisation statt, D bilden sich Magnesium-Ionen. 8. Calciumcarbonat A besteht aus K+-Ionen und CO32–-Ionen, B ist ein gesteinsbildendes Mineral, C reagiert mit Salzsäure unter Gasentwicklung, D ist gut wasserlöslich. 11. Salze A sind Reaktionsprodukte von Wasserstoff mit Nichtmetallen, B bestehen aus Metall-Ionen und SäurerestIonen C haben niedrige Schmelz- und Siedepunkte. D leiten in fester Form den elektrischen Strom. 12. Hartes Wasser A enthält Hydrogencarbonat-Ionen, B ist Wasser mit starker Strömung, C führt zu höherem Waschmittelverbrauch, D enthält Calcium-Ionen, E wird auch als Kalkwasser bezeichnet. 13. Kalkablagerungen lassen sich entfernen mit A weichem Wasser, B Essig, C Calciumhydroxid-Lösung, D Seifenwasser, E Salzsäure. 14. Saurer Regen A hat einen pH-Wert kleiner als 5,5, B entsteht aus Schwefeldioxid, Schwefeltrioxid und Stickstoffoxiden, C tritt nur in Industriegebieten auf, D greift Kalkstein an. 15. Kaliumnitrat A besteht aus Ionen, B ist ein Salz, C bildet sich aus Kalilauge und Salpetersäure, D hat die Formel K2NO3. 36 Kapitel 11 Vom Kalkstein zum festen Kalkmörtel 37 1. Kreuze in der mittleren Spalte den jeweils zutreffenden Vorgang an. 2. Verbinde die chemischen Bezeichnungen der Stoffe in der linken Spalte mit dem entsprechenden Vorgang in der mittleren Spalte und den passenden Formeln in der rechten Spalte. Kapitel 11 Gips – ein vielseitiger Baustoff 1. Trage die passenden Begriffe ein. Waagerecht: 2 6 7 8 10 Wird beim Abbinden eingebaut Chemische Bezeichnung für Gips Fußbodenuntergrund aus Gips Schreibmaterial für die Tafel Ort der Verwendung von Bauplatten Senkrecht: 1 3 4 5 9 Wird bei Knochenbrüchen angelegt Wasserdampf in der Luft Verzierung an Decken und Wänden Bedeckt das Mauerwerk Schnell härtender Baustoff 38 Grafit und Diamant Kapitel 11 39 Einen größeren Unterschied gibt es selten zwischen zwei Stoffen: harter, glitzernder Diamant und weicher, schwarzer Grafit. Dennoch bestehen beide Stoffe nur aus Kohlenstoffatomen. Bei Grafit und Diamant handelt es sich also um zwei Erscheinungsformen des Elements Kohlenstoff. 1. Trage die unterschiedlichen Eigenschaften von Grafit und Diamant in die Tabelle ein. Notiere auch, wie man sich die jeweilige Eigenschaft mithilfe der Bindungsverhältnisse in diesen Stoffen erklären kann. Eigenschaften Härte Erklärung Dichte Erklärung Aussehen Erklärung elektrische Leitfähigkeit Erklärung Verwendungsmöglichkeiten (Beispiele) Grafit Diamant sehr weich; schwache Bindungskräfte zwischen parallelen Kristallebenen sehr hart; starke Bindungskräfte zwischen allen Atomen, regelmäßiges Kristallgitter 2,25 g/cm3; wegen der größeren Abstände der Kristallebenen sind die Atome nicht so dicht gepackt 3,51 g/cm3; regelmäßiges Kristallgitter mit dicht gepackten Atomen undurchsichtig, metallischer Glanz (grau-schwarz); die freien Elektronen können Lichtenergie absorbieren durchsichtig, stark Licht brechend; keine freien Elektronen vorhanden gut; Elektronen sind innerhalb der Kristallschichten frei beweglich nicht leitend; alle Elektronen sind an Bindungen beteiligt und daher nicht beweglich Schmiermittel Elektroden Schleifkontakte Schmelztiegel Ruß: Autoreifen Bleistiftminen Schmuck Glasschneider Bohrköpfe Trennscheiben Schleifpulver Kapitel 12 Gleiche Summenformel und doch andere Stoffe 40 1. Ordne die folgenden Kohlenwasserstoffe ihrer Strukturformel zu und gib ihre Summenformel an: n-Pentan, n-Butan, Isobutan (2-Methylpropan), Isopentan (2-Methylbutan), Neopentan (2,2-Dimethylpropan), n-Hexan, Isohexan (2-Methylpentan). Strukturformel Name Summenformel n-Butan 2-Methylpropan (Isobutan) C4H10 C4H10 n-Pentan C5H12 2-Methylbutan (Isopentan) C5H12 2,2-Dimethylpropan (Neopentan) C5H12 n-Hexan C6H14 2-Methylpentan (Isohexan) C6H14 2. Nenne die Verbindungen, die Isomere sind. Begründe deine Entscheidung. Folgende Stoffe sind Isomere: n-Butan und Isopentan, n-Pentan und Neopentan sowie n-Hexan und Isohexan. Sie sind deshalb Isomere, weil sie die gleiche Summenformel, aber eine unterschiedliche Strukturformel haben. Kapitel 12 Benennung organischer Verbindungen 41 Um organische Stoffe international eindeutig benennen zu können, wurden die „Genfer Nomenklaturregeln“ festgelegt. 1. Benenne die folgenden Verbindungen und gib ihre Formeln an. Strukturformel Name 2-Methylpentan a) b) c) d) e) Halbstrukturformel Summenformel CH3 – CH(CH3) – (CH2)2 – CH3 C6H14 2,3-Dimethylheptan CH3 – CH(CH3) – CH(CH3) – (CH2)3 – CH3 C9H20 2,2-Dimethylpropan (Neopentan) CH3 – C(CH3)2 – CH3 C5H12 3-Ethyl-4Methylheptan CH3 – CH2 – CH(CH2 – CH3) – CH(CH3) – (CH2)2 – CH3 C10H22 2,3-Dimethylbutan CH3 – CH(CH3) – CH(CH3) – (CH3) C6H14 2. Benenne die Verbindungen und gib die Summenformeln an. b) a) 2-Methyl-butan C5H12 2-Methyl-butan C5H12 c) d) 2-Methyl-butan C5H12 Es ist stets dasselbe Molekül (keine Isomere). 2-Methyl-butan C5H12 Kapitel 12 Chemie der Kohlenwasserstoffe 1. Zu den organischen Verbindungen gehören A Erdöl, B Glas, C Salz, D Traubenzucker, E Bienenwachs. 2. Die Moleküle aller organischen Verbindungen enthalten A Wasserstoff-Atome, B Kohlenstoff-Atome, C Sauerstoff-Atome. 3. Die Moleküle des einfachsten Kohlenwasserstoffes Methan sind A würfelförmig, B quadratisch, C tetraederförmig, D oktaederförmig. 4. Propan und Butan werden als Flüssiggase bezeichnet, weil A sie bei Raumtemperatur flüssig sind, B sie sich leicht unter Druck verflüssigen lassen, C sie sich leicht in flüssigem Wasser lösen. 5. Isomere Verbindungen haben A die gleiche Summenformel, B die gleiche Strukturformel, C verschiedene Siedetemperaturen. 6. In den Alkan-Molekülen liegen A C–C-Einfachbindungen vor, B C-Atome, H-Atome und O-Atome vor, C C/C-Mehrfachbindungen vor, D C–H-Bindungen vor. 7. Mit zunehmender Kettenlänge in der homologen Reihe der Alkane A steigen Schmelztemperaturen und Siedetemperaturen, B nimmt die Löslichkeit in Wasser zu, C werden die Van-der-Waals-Kräfte stärker, D nimmt die Molekülmasse zu, E nimmt die Zahl der Isomeren ab. 8. Bei der Verbrennung von Alkenen entstehen A Kohlenstoffdioxid, B Wasser, C Sauerstoff, D Alkane. 42 9. Die Verbindung 3-Ethyl-2,3,4-trimethylhex-1-en A ist ein Alken mit einem verzweigten Molekül, B besitzt die Molekülformel C10H22, C ist ein ungesättigter Kohlenwasserstoff, D ist eher reaktionsträge, E kann auch als Iso-Nonan bezeichnet werden. 10. Beim Cracken A entstehen langkettige KohlenwasserstoffMoleküle, B zerbrechen langkettige KohlenwasserstoffMoleküle in kurzkettige, C werden dringend benötigte Treibstoffe aus Schmieröl gewonnen, D werden aus Alkanen Alkane gebildet, E wird aus gebrauchtem Frittierfett Dieselöl gewonnen. 11. Das Strukturmerkmal der Alkene ist die A C–H-Bindung, B C–C-Bindung, C C=C-Bindung. 12. Alkine bilden eine homologe Reihe mit der allgemeinen Formel A CnH2n+2, B CnH2n, C C2n+2Hn, D CnH2n–2. 13. Die Zunahme der Siedetemperatur in der homologen Reihe der Alkine beruht auf der zunehmenden A Anzahl der Wasserstoffbrückenbindungen, B Molekülmasse, C Polarität der Moleküle, D Stärke der Van-der-Waals-Kräfte. 14. Der einfachste aromatische Kohlenwasserstoff hat die Molekülformel C6H6 und heißt A Hexan, B Cyclohexen, C Benzen. Alkane, Alkene und Alkine – ein Vergleich Kapitel 12 43 1. Ethan, Ethen und Ethin sind Verbindungen, die ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Man fasst derartige Stoffe aufgrund ihrer chemischen Zusammen- Kohlenwasserstoffe setzung unter dem Oberbegriff Bindungen ausschließlich C-Atomen dagegen Dreifach- Einfach- zusammen. Ethan-Moleküle haben als bindungen; Ethen-Moleküle haben zwischen den beiden Doppelbindungen, Ethin-Moleküle haben zwischen den C-Atomen sogar bindungen. 2. Fülle die folgende Tabelle aus. Eigenschaften Ethan Ethen Ethin Summenformel C2H6 C2H4 C2H2 Molekülmasse 30 u 28 u 26 u Atomzahlverhältnis C : H = 1:3 1:2 1:1 Strukturformel C C C C C C Bindung zwischen den CAtomen Einfachbindung Doppelbindung Dreifachbindung gehört zur homologen Reihe der … allgemeine Summenformel der homologen Reihe Alkane Alkene Alkine CnH2n+2 CnH2n CnH2n–2 3. Ethan, Ethen und Ethin sind brennbare Gase. Bei ausreichender Sauerstoffzufuhr verbrennen sie zu Kohlenstoffdioxid und Wasser . Bei der Verbrennung wird Energie in Form von Licht und Wärme freigesetzt; derartige Reaktionsarten nennt man exo- therme Reaktionen. a) Ethan verbrennt mit schwach leuchtender Flamme, Ethen mit kräftig leuchtender und Ethin sogar mit stark rußender Flamme. Erkläre dieses Verbrennungsverhalten. Je höher der Kohlenstoffgehalt eines Stoffes ist, desto stärker rußt die Flamme. b) Formuliere die Reaktionsgleichungen für die optimale Verbrennung von Ethan, Ethen und Ethin. 2 C2H6 +7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O C2H4 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O 2 C2H2 + 5 O2 → 4 CO2 + 2 H2O Alkansäuren im Vergleich Kapitel 13 44 1. Alkansäuren bilden eine homologe Reihe. Fülle die Tabelle aus und kennzeichne jeweils farbig die funktionelle Gruppe. Name chemischer Name Strukturformel Ameisensäure Methansäure H-COOH Essigsäure Ethansäure CH3-COOH Buttersäure Butansäure CH3-(CH2)2-COOH Palmitinsäure Hexadecansäure CH3-(CH2)14-COOH 2. Trage in die Tabelle die Eigenschaften der Säuren ein. Name Löslichkeit in Wasser Benzin Aggregatzustand Säurestärke Heftigkeit der Reaktion mit Magnesium Ameisensäure x flüssig sehr heftige Reaktion Essigsäure x flüssig heftige Reaktion Buttersäure x etwas zähflüssig schwache Reaktion Palmitinsäure x fest keine Reaktion 3. Erkläre das unterschiedliche Löslichkeitsverhalten von Essigsäure und Palmitinsäure in Wasser und Benzin. Das Löslichkeitsverhalten der Essigsäure ist durch die hydrophile CarboxylGruppe bestimmt, das Löslichkeitsverhalten der Palmitinsäure durch die lange hydrophobe Kohlenwasserstoffkette. Essigsäure ist daher nur in Wasser löslich, die Palmitinsäure löst sich gut in Benzin. 4. Ameisensäure wird beim Verdünnen mit Wasser in Ionen gespalten. Schreibe die Reaktionsgleichung dazu auf. + Wasser H-COOH -----------→H-COO– + H+ 5. Formuliere die Reaktionsgleichung für die Reaktion von Magnesium mit Ameisensäure. Mg + 2 H-COOH → Mg(H-COO)2 + H2 Kapitel 13 Alkohole 1. Ethanol besteht aus folgenden Elementen A Wasserstoff und Sauerstoff. B Wasserstoff, Sauerstoff und Silicium. C Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff. D Wasserstoff und Kohlenstoff. 2. Als alkoholische Gärung bezeichnet man A den Prozess, bei dem Zucker mithilfe von Hefepilzen zu Alkohol und Sauerstoff abgebaut wird. B den Prozess, bei dem Zucker mithilfe von Hefepilzen zu den Produkten Alkohol und Kohlenstoffdioxid abgebaut wird. C den Prozess, bei dem Eiweiße und Fette mithilfe von Hefepilzen in Alkohol umgewandelt werden. D den Prozess, bei dem Zucker mithilfe von Bakterien den Abbau bis hin zum Alkohol steuert. 3. Die homologe Reihe der Alkanole beginnt mit dem Molekül Methanol und wird so fortgeführt: A Ethanol, Propanol, Pentanol, Butanol. B Ethanol, Butanol, Pentanol, Propanol. C Ethanol, Propanol, Butanol, Pentanol D Ethanol, Pentanol, Propanol, Butanol Je größer die Moleküle und die Molekülmasse, A desto höher die zwischenmolekularen Kräfte und die Siedetemperatur. B desto niedriger die Zwischenmolekularen Kräfte und die Siedetemperatur. C desto höher die Siedetemperatur, da geringe zwischenmolekulare Kräfte wirken. D desto höher die Siedetemperatur, da große zwischenmolekulare Kräfte wirken. 6. Methanol und Ethanol unterscheiden sich A nur in ihrer Kettenlänge, alle anderen Eigenschaften sind hingegen gleich. B nur in ihrer Giftigkeit. C in ihrer Kettenlänge und somit in allen ihren Eigenschaften. D nur in der unterschiedlichen Brennbarkeit. 7. Carbonsäuren A wirken im Gegensatz zu anorganischen Säuren nicht ätzend. B kommen in vielen Früchten vor. C sind alle flüssig. D bilden auch feste Vertreter. E färben Universalindikator blau und reagieren nicht mit Blaukrautsaft. F können unedle Metalle auflösen. 8. Ameisensäure A wurde früher durch Destillation von Ameisen gewonnen. B ist in den Brennhaaren der Brennnessel zu finden. C ist eine wasserklare, stechend riechende Flüssigkeit mit einer höheren Dichte als Wasser. D wird auch als Methansäure bezeichnet. 4. 5. Glycerol unterscheidet sich von den anderen Alkoholen dadurch, dass A es die längste bekannte Kohlenstoff-Kette hat. B es sehr zähflüssig ist, da es unpolare Eigenschaften aufweist. C es an jedem seiner drei C-Atome eine Alkohol-Gruppe aufweist und somit sehr polare Eigenschaften hat. D es zwei Alkohol-Gruppen aufweist und deshalb sehr zähflüssig ist. 9. Essigsäure A entsteht, wenn Wein sauer wird. B entsteht durch Essigsäuregärung unter Luftabschluss. C wird als verdünnte Lösung als Haushaltsessig verwendet. D wird durch großtechnische Syntheseverfahren hergestellt. 10. Buttersäure (Butansäure) A riecht angenehm nach frischer Butter. B ist eine farblose, klare Flüssigkeit. C reagiert heftig mit Essigsäure. D ist in ranziger Butter und im Schweiß enthalten. 11. Buttersäuremethylester duftet nach A Rum. B Ananas. C Pfirsichen. D Äpfeln. 45 Kapitel 14 Chemie und Ernährung 46 1. Lebensmittel enthalten A Fette und Kohlenhydrate als wichtigste Energielieferanten, B Eiweißstoffe in Form von Stärke und Cellulose, C unverdauliche Ballaststoffe, auf die folglich verzichtet werden kann, D Mineralstoffe und Hormone, die im Gegensatz zu Nährstoffen keine Energie liefern. B bestehen aus den Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff meistens im Verhältnis 1 : 2 : 1, C werden in Mono-, Di- und Polysaccharide eingeteilt, D besitzen aufgrund der zahlreichen OHGruppen alkalische Eigenschaften, E sind aufgrund der zahlreichen OHGruppen lipophil. 2. Vitamine A müssen täglich in Tablettenform aufgenommen werden, B sind Katalysatoren für viele lebenswichtige Körperfunktionen, C sind in allen Kohlenhydraten enthalten, D können fettlöslich oder wasserlöslich sein, E werden im Körper in ausreichender Menge gebildet. 7. Die untenstehenden Formeln A zeigen die Struktur von Fructose, B zeigen den Aufbau eines TraubenzuckerMoleküls, C entsprechen der Summenformel CH12O6, D gehören zu einem Zucker, der beim Abbau von Stärke entsteht, E zeigen ein Disaccharid. 3. Die Strukturformel zeigt A eine einfach ungesättigte Fettsäure, B eine einfach ungesättigte Aminosäure, C ein ungesättigtes Fett, D die im Olivenöl vorkommende Ölsäure. 4. Fette A sind hydrophob und polar, B sind Ester, die bei der Reaktion von Glycerol, mit Fettsäuren entstehen, C enthalten stets drei gleiche Fettsäure-Reste, D besitzen im Gegensatz zu Ölen einen höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren, E lassen sich durch Kochen mit Natronlauge verseifen. 5. Nahrungsfette A sind negativ zu beurteilen, da sie zu Übergewicht führen können, B sollten 50 % unseres Gesamtenergiebedarfs decken, C finden sich versteckt auch in Schokolade, Wurst und Käse, D sollten bevorzugt ungesättigte Fettsäuren aus Pflanzenölen enthalten. 6. Kohlenhydrate A werden von Pflanzen mithilfe des Sonnenlichts aus Kohlenstoffmonoxid und Wasser aufgebaut, 8. Eiweiße A werden als Proteine bezeichnet, sofern sie nicht als Nährstoffe dienen, B finden sich in unseren Haaren, der Haut und der Muskulatur, C bestehen aus Aminosäuren, die sich nur in der Struktur ihrer Seitenkette unterscheiden, D entstehen, wenn die Reste verschiedener Aminosäuren durch Peptidbindungen miteinander verknüpft werden, E besitzen eine charakteristische Reihenfolge der Aminosäure-Bausteine. 9. Unsere Nahrung sollte A reich an tierischen Eiweißen, aber arm an pflanzlichen Fetten sein, B täglich Fleisch enthalten, da Fleisch ein Stück Lebenskraft ist, C keinesfalls Süßigkeiten enthalten, da diese nur zu Übergewicht führen, D gut schmecken und nicht nur Nährstoffe enthalten, E dem Körper über den Gesamtenergiebedarf hinaus Energie zuführen, um Reserven für schlechtere Zeiten zu bilden. Kapitel 15 Seifenteilchen näher betrachtet 47 1. a) Beschreibe, was passiert, wenn man Seife in Wasser gibt. Die Seife löst sich im Wasser. b) Nenne die Teilchen, die man in einer Seifenlösung findet. Die Lösung enthält Natrium-Kationen und Seifen-Anionen. 2. a) Das ist eine symbolische Darstellung eines Seifen-Anions. Trage in die Umrisse unten eine mögliche Strukturformel ein. b) Schreibe die folgenden Begriffe an die richtigen Stellen unter die Formel: wasserliebend – wasserabstoßend – hydrophob – hydrophil wasserabstoßend, hydrophob wasserliebend, hydrophil c) Beschreibe kurz mit eigenen Worten den Bau der Seifen-Anionen. Ein Seifen-Anion besteht aus einer langen Kohlenwasserstoffkette mit 10 bis 20 C-Atomen an einem und einer negativ geladenen Gruppe am anderen Ende. 3. a) Erläutere das Besondere an den Seifen-Anionen. Seifen-Anionen sind sowohl wasserliebend (hydrophil) als auch wasserfeindlich (hydrophob) – und das innerhalb eines Moleküls. b) Nenne die Eigenschaft, die sich aus diesem besonderen Bau der Seifen-Anionen ergibt. Seifen-Anionen lösen sich sowohl in wässrigen Lösungen als auch in Fetten bzw. Ölen. c) Trage in die Grafik vereinfacht ein, wie sich Seifen-Anionen an der Wasseroberfläche anordnen würden. d) Trage ebenfalls ein, wie sie sich bei einem Teilchen aus fettigem Schmutz anordnen würden. Kapitel 16 Zwei Wege zu Makromolekülen 48 1. a) Nenne die Namen der Reaktionen, die in den folgenden Abbildungen gezeigt werden. b) Erkläre kurz das Prinzip der Reaktionsart. c) Nenne für jede Reaktionsart ein konkretes Beispiel. a) Polymerisation b) Viele gleiche, kleine Einzelmoleküle verbinden sich zu einem riesigen kettenförmigen Molekül. c) Polyethen, Polypropen, ... a) Polykondensation b) Zwei verschiedene Molekülarten verbinden sich; dabei wird ein kleineres Molekül (z. B.: H2O, HCl, NH3) abgespalten. c) Polyamid, Nylon, Polyester, … 2. Vergleiche die Eigenschaften von Ethen und Polyethen. Begründe die Unterschiede. Zähle Verwendungsmöglichkeiten für Polyethen auf. Ethen: gasförmig, C=C-Zweifachbindung, kurze Moleküle, Molekülmasse 28 u, Schmelzpunkt: –169 °C, Siedepunkt: –103 °C Polyethen: fest, thermoplastisch, C─C-Einfachbindungen, Schmelzpunkt >130 °C, lange Ketten, durchsichtig, Molekülmasse ˃100 000 Verwendung: Plastiksäcke, Müllsäcke, Verpackungsfolien, Schrumpffolien, Flaschen, Dosen, Zahnräder etc. 3. Für den Einsatz von Kunststoffen können derzeit etwa folgende Angaben gemacht werden: 20 % Verpackungen, 25 % Bausektor, 15 % Elektrotechnik/Elektronik, 10 % Farben, Lacke, Klebstoffe, 5 % Möbel und Einrichtungen, 5 % Haushaltswaren, 5 % Landwirtschaft, 7 % Fahrzeugindustrie, 8 % Sonstiges. Zeichne nach diesen Angaben ein Kreisdiagramm. a) Polymerisation
