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Chemie > CheE2 - Luft, Wasser, Metalle, Reaktionsgleichungen und Redoxreaktionen > Flashcards

CheE2 - Luft, Wasser, Metalle, Reaktionsgleichungen und Redoxreaktionen Flashcards

1
Q

Nennen Sie die Anteile der vier wichtigsten Luftbestandteile.

A

Stickstoff 78,08 %

Sauerstoff 20,95 %

Edelgase 0,93 %

Kohlenstoffdioxid 0,04 %

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2
Q

Welcher zusätzliche Anteil der Luft kann für das Wetter von Bedeutung sein?

A

Wasserdampf.

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3
Q

Was ist Luft chemisch betrachtet? Entscheiden Sie sich zwischen Element, Verbindung, Gemisch, Gemenge oder Lösung.

A

Ein (Gas)-Gemisch

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4
Q

Woran erkennt man, dass es sich bei der Destillation nicht um ein chemisches Verfahren handelt?

A

Es tritt keine Stoffänderung ein, die Stoffe werden lediglich getrennt.

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5
Q

Welche Eigenschaften besitzt Sauerstoff? (7)

A
  • farb-, geschmack- und geruchslos
  • Schmelzpunkt –218,3 ºC
  • Siedepunkt –183 ºC
  • nicht brennbar
  • verbrennungsfördernd
  • Dichte p = 1,33g/l
  • nicht wasserlöslich
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6
Q

Woran erkennen Sie, dass Sauerstoff nicht brennbar ist?

A

Jede Verbrennung würde die Lufthülle der Erde in Brand setzen!

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7
Q

Welche Eigenschaften besitzt Stickstoff? (5)

A
  • farb-, geschmack- und geruchslos
  • Schmelzpunkt –210 ºC
  • Siedepunkt –196 ºC
  • nicht brennbar
  • schwer wasserlöslich
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8
Q

Was ist beim Einsatz von CO2-Löschern in bewohnten Räumen zu beachten?

A

Wegen der Erstickungsgefahr muss sofort gut gelüftet werden. Auf den Feuerlöschern befindet sich meist ein Warnhinweis: Nicht in engen Räumen einsetzen!

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9
Q

Wozu wird Stickstoff verwendet? (3)

A
  • Füllung von Auto- und Flugzeugreifen
  • Herstellung von (Stickstoff)dünger
  • Haltbarkeitmachung von Lebensmitteln
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10
Q

Wie wird Sauerstoff aus der Luft gewonnen?

A

Mithilfe des Linde-Verfahrens, bei der die Luft auf etwa –200 Grad abgekühlt wird und dadurch verflüssigt.

Anschließend wird durch eine Art Destillation das Gemisch in seine Bestandteile zerlegt und in blaue Gasflaschen abgefüllt.

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11
Q

Wozu wird Sauerstoff in der Industrie verwendet? (2)

A
  • Schweißen
  • Löten
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12
Q

Wie entsteht Kohlenstoffdioxid im Körper?

A

Der durch die Nahrung aufgenommene Kohlenstoff reagiert mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid, welches anschließend ausgeatmet wird.

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13
Q

Wie funktioniert die Photosynthese?

A

Pflanzen wandeln Kohlenstoffdioxid aus der Luft in Stärke, Cellulose, versch. Zuckertarten und Sauerstoff um.

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14
Q

Wozu wird Kohlenstoffdioxid in der Industrie verwendet? (2)

A
  • Herstellung von Erfrischungsgetränken
  • Feuerbekämpfung
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15
Q

Nenne fünf Edelgase.

A
  • Helium
  • Argon
  • Krypton
  • Xenon
  • Radon (radioaktiv)
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16
Q

Warum wird Helium als Füllung von Ballons und Luftschiffen verwendet? (2)

A
  • Es besitzt eine geringere Dichte als Luft und sorgt so für Auftrieb
  • Es ist im Gegensatz zu Wasserstoff nicht brennbar und explosionsgefährlich
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17
Q

Warum heißen Edelgase “Edel”?

A

Da sie reaktionsarm sind und sich nicht mit anderen Elementen verbinden.

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18
Q

Nenne drei Einsatzzwecke von Edelgasen.

A
  • Glühbirnen (verhindern der Oxidation der Drahtwendel beim Brennen)
  • Elektrisches Schutzgasschweisen (verhindern der Oxidation des zu schweißenden Metalls)
  • Leuchtröhren in versch. Farben (Neon und Argon)
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19
Q

Weshalb zählt Wasserdampf nicht als Bestandteil von Luft?

A

Da er nicht in Form gasförmiger Moleküle, sondern mikroskopisch kleiner Tröpfchen vorliegt.

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20
Q

Was bedeutet “relative Luftfeuchtigkeit”?

A

Prozentanteil des bei der Lufttemperatur erreichbaren Maximalwerts an Wassergehalt der Luft.

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21
Q

Was ist Smog?

A

Starke Luftverschmutzung, die in einem begrenzten Gebiet bei ungünstigen Wetterlagen (sodass Schadstoffe nicht abtransportiert werden können) auftritt.

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22
Q

Wie entsteht Schwefeldioxid und welche Gefahren birkt es? (2)

A
  • Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdöl und Erdgas
  • Gelangt es in die Umwelt, bildet es mit Wasserdampf eine schwefelige Säure (saurer Regen), der Böden, Pflanzen und Gewässer belastet
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23
Q

Wie lautet die Reaktionsgleichung zur Entstehung schwefeliger Säure?

A

SO2 + H2O → H2SO3

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24
Q

Wie wird Steinkohle entschwefelt?

A

Erhitzung der Kohle in Kokerein unter Luftabschluss.

Dabei werden die Schwefelverbindungen und andere Stoffe als Gase ausgetrieben und zurück bleibt fast reiner Kohlenstoff.

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25
Q

Warum ist Kohlenstoffmonoxid so gefährlich?

A

Es ist geruchs- und farblos und bindet sich etwa 250-mal stärker an den roten Blutfarbstoff als Sauerstoff. Daher kann es zum Ersticken führen, da es den Transport von Sauerstoff unmöglich macht.

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26
Q

Wie entstehen Stickstoffoxide?

A

Bei hohen Temperaturen wie z.B. in Öfen oder Motoren reagiert Stickstoff mit Sauerstoff zu Stickstoffoxiden (NO, NO2, N2O, N2O3).

Zusammenfassend bezeichnet man sie als NOx.

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27
Q

Welche Eigenschaft haben Stickstoffoxide hinsichtlich der Umwelt und Lebewesen? (2)

A

Stickstoffoxide bilden mit der Luftfeuchtigkeit Säuren, die Pflanzen, Gewässer und den Boden schädigen. Darüber hinaus wirken sie als Atemgifte und schädigen beim Einatmen die Lunge.

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28
Q

Nenne zwei stickstoffhaltige Säuren.

A
  • Salpetersäure (HNO3)
  • salpetrige Säure (HNO2)
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29
Q

Was ist Feinstaub und warum ist er gefährlich?

A
  • Feste Bestandteile in der Luft (z.B. Ruß), die kleiner als 0,01 mm sind.
  • Gesundheitsschädlich; kann beim Einatmen wegen der geringen Partikelgröße in die Lunge gelangen und z.B. Krebs auslösen
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30
Q

Nenne eine Maßnahme, die verhindert, dass Feinstaub in die Luft gelangt.

A
  • Rußpartikelfilter bei Dieselfahrzeugen und Fabriken
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31
Q

Woran erkennt man bei Kraftfahrzeugen, wie “sauber” sie sind?

A

Feinstaubplakette und Abgasnorm.

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32
Q

Erkläre den Treibhauseffekt.

A

Die Lufthülle der Erde (Atmosphäre) wirkt wie das Glas eines Treibhauses. Sonnenstrahlen dringen durch die Atmosphäre und erwärmen die Erdoberfläche. Die Wärmestrahlung des Bodens wird jedoch von der Atmosphäre teilweise zurückgehalten, sodass die Temperatur auf der Erde ansteigt.

Dieser natürliche Treibhauseffekt wird durch die Zunahme von Treibhausgases wie CO2 und Methan verstärkt. Dadurch nimmt die Temperatur auf der Erde kontinuirlich zu.

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33
Q

Wie entsteht eine Smogwetterlage?

A

Eine Smogwetterlage entsteht, wenn eine kalte Luftschicht wie ein Deckel über warmen Luftschichten liegt, beispielsweise in einem Talkessel. Dadurch wird der Luftaustausch unterbunden und Schadstoffe, Staub und andere Emissionen sammeln sich in der warmen Kessellage.

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34
Q

Warum wird Kohlenstoffdioxid nicht als Schadstoff angesehen?

A

Obwohl er in großen Mengen entsteht, wird er von Pflanzen wiederaufgenommen und in Sauerstoff umgewandelt. Er geht damit in den Kohlenstoffkreislauf ein.

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35
Q

Nenne für folgende Stoffe den größten Verursacher:

SO2, NOx, CO, CO2, Feinstaub

A

SO2: Kraftwerke/Industrie

NOx: Verkehr

CO: Verkehr

CO2: Kraftwerke/Industrie

Feinstaub: Kraftwerke/Industrie

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36
Q

Nenne eine Methode, um Sauerstoff nachzuweisen.

A

Glimmspanprobe (ein glimmender Span würde sich durch die Präsenz einer großen Menge an Sauerstoff wieder entzünden).

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37
Q

Wie werden Rauchgase von z.B. Kohlekraftwerken entschwefelt?

A

Sie werden durch einen Absorberturm geleitet, in dem die Rauchgase auf ca. 50 Grad abgekühlt werden.

Dabei werden sie zusätzlich mit einer Suspension aus Wasser und Kalk besprüht. Das Schwefeldioxid reagiert mit dem Kalk und Sauerstoff aus der Luft und es entsteht (REA)-Gips.

Nach Entzug des Wassers wird er zu Gips-Pellets gepresst, die anschließend weiterverwendet werden können.

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38
Q

Warum kann Schwefeldioxid im Katalysator nicht unschädlich gemacht werden? (2)

A

Der Katalysator würde Schwefeldioxid SO2 mit dem Luftsauerstoff zu Schwefeltrioxid SO3 reagieren lassen, das dann mit der Luftfeuchtigkeit zu Schwefelsäure H2SO4 reagieren würde.

Darum muss der Kraftstoff, wie oben beschrieben, schwefelarm oder schwefelfrei sein.

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39
Q

Welche Schadstoffe werden durch Schadstoff- und Feinstaubplaketten reguliert?

A

Stickstoffoxide (NOX)

Feinstaub (Ruß, CO)

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40
Q

Warum sind Gipspellets, die bei der Rauchgasentschwefelung entstehen, nicht weiß?

A

Die Pellets sind grauschwarz, enthalten also nicht nur Gips, sondern auch Reste der Asche des Verbrennungsprozesses.

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41
Q

Nennen Sie drei Luftschadstoffe.

A

Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid, Stickstoffoxide

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42
Q

Nennen Sie drei Möglichkeiten, den Schadstoffausstoß von Autos zu verringern.

A

Verbrauch verringern

Katalysator einbauen

Rußpartikelfilter einbauen

Höchstgeschwindigkeit begrenzen

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43
Q

Erläutern Sie, wie im Abgaskatalysator Stickstoffoxide entfernt werden.

A

Die Stickstoffoxide werden mit dem im Abgas vorhandenen Kohlenmonoxid zur Reaktion gebracht und ergeben Stickstoff und Kohlenstoffdioxid:

2NO + 2CO → N2 + 2CO2

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44
Q

Erläutern Sie den Unterschied zwischen einem Rußpartikelfilter und dem Abgaskatalysator.

A

Ein Filter hält feste Bestandteile (Rußpartikel) aus dem Abgas zurück.

Ein Katalysator löst verschiedene chemische Reaktionen aus, bei denen Schadstoffe mithilfe von Sauerstoff aus der Luft oder anderen Schadstoffen zu weniger schädlichen Stoffen umgewandelt werden.

45
Q

Nenne die Eigenschaften des Wassers in seiner Reinform. (5)

A

geruchlos, geschmacklos, farblos

elektrisch nicht (eigentlich: nur ge- ringfügig) leitfähig

Schmelzpunkt 0 oC

Siedepunkt 100 oC

Verwendung als Lösungsmittel

46
Q

Erläutern Sie, wie sich in einem Gewässer die Schichtung der Temperatur im Laufe der Jahreszeiten verändert.

A

Im Sommer ist in genügend tiefen Gewässern eine Schicht mit der größten Dichte bei 4 oC ganz unten, darüber steigt die Wassertemperatur an, bis sie an der Oberfläche den höchsten Wert hat (vom Wetter bzw. der Außentemperatur abhängig).

Im Winter ist die Schicht mit der größten Dichte bei 4 oC ebenfalls unten, darüber sinkt die Temperatur bis zur Eisschicht, die 0 oC (oder weniger) Temperatur hat.

47
Q

Erläutere grob den Wasserkreislauf auf der Erde.

A
48
Q

Welches Problem birkt die Trinkwassergewinnung durch Handpumpen?

A

Da das Wasser nur aus ca. 10 Metern Tiefe gewonnen wird, kann es durch Rückstände von der Landwirtschaft belastet sein.

49
Q

Woher wird Trinkwasser gewonnen? (3)

A
  • Uferfiltrate
  • Grundwasser
  • Quellwasser
50
Q

Nennen Sie drei Inhaltsstoffe des Rohwassers und jeweils eine Methode, durch die sie entfernt werden können.

A

Schwebstoffe sind feste Teilchen und werden durch Filter (Sand- und Kiesschich- ten) entfernt.

Gelöste Stoffe (beispielsweise Eisen- und Mangansalze) werden durch Einblasen von Luftsauerstoff in unlösliche Oxide umgewandelt und mit Filtern abgetrennt.

Krankheitskeime werden durch UV-Licht, Ozon oder Chlor abgetötet.

51
Q

Erläutere grob die Trinkwassergewinnung aus Uferfiltrat.

A
52
Q

Erläutere grob den Aufbau einer Kläranlage (3).

A

Mechanische Reinigung: Entfernung grober Verunreinigungen, Sandfang

Biologische Reinigung: Organisches Material wird unter Luftzufuhr von Bak- terien weitgehend zersetzt. Der entstehende Klärschlamm bzw. die noch vorhandenen organischen Materialien werden im Faulturm ohne Luftzufuhr von anderen Bakterien zersetzt. Dabei entsteht unter anderem Methan, das als Heizgas verwendet wird.

Chemische Reinigung: Gelöste Chemikalien werden durch Zusatz von Säuren, Laugen oder anderen Chemikalien unlöslich gemacht, dann wird der Bodensatz abfiltriert.

53
Q

Welche drei Produkte liefert eine Kläranlage?

A

Methan, Klärschlammreste als Dünger, Wasser

54
Q

Stelle Wasser als Wortgleichung und Symbolgleichung dar.

A

Wasser → Wasserstoff + Sauerstoff
H2O → 2H + O (oder ganz korrekt: 2H2O → 2H2 + O2)

oder

Wasserstoff + Sauerstoff → Wasser

2H + O → H2O (oder ganz korrekt: 2H2O → 2H2 + O2)

55
Q

Was ist eine Analyse?

A

Zerlegung einer Verbindung in ihre Elemente.

56
Q

Was ist eine Synthese?

A

Herstellen einer Verbindung aus Elementen.

57
Q

Nenne die wichtigsten Eigenschaften von Wasserstoff. (5)

A
  • Farb-, geruchs- und geschmacklos
  • brennbar
  • nicht brandfördernd
  • bilded mit Sauerstoff ein explosives Gasgemisch (Knallgas)
  • Element mit der geringsten Dichte
58
Q

Wie wird die Knallgasprobe durchgeführt?

A

Ein Reagenzglas wird mit der Gasprobe/Wasserstoff gefüllt, mit dem Daumen verschlossen und an eine Brennerflamme gehalten.

Öffnet man das Reagenzglas durch Wegziehen des Daumens, verbrennt der Wasserstoff mit einem zischenden Geräusch oder einem kleinen Knall.

59
Q

Nenne drei Verwendungsmöglichkeiten von Wasserstoff.

A
  • Treibstoff für Raketen und Fahrzeuge
  • Verwendung beim Schweißen und Schneidbrennen
  • Herstellung von Ammoniak (Ausgangsstoff f. Dünger und Sprengstoff)
60
Q

Erläutere den Unterschied zwischen Trinkwasser und destilliertem Wasser.

A

Trinkwasser enthält gelöste Salze, Mineralien und eventuell gelösten Sauerstoff oder Kohlensäure bzw. CO2.

Im destillierten Wasser sind diese Bestandteile durch den Destillationsprozess abgetrennt worden, es handelt sich um reines Wasser.

61
Q

Durch welches Verfahren kann Sauerstoff nachgewiesen werden?

Durch welches Wasserstoff?

A

Sauerstoff: Glimmspanmethode

Wasserstoff: Knallgasprobe

62
Q
A
63
Q
A
64
Q

Benenne folgende Verbindungen:

Aluminium und Phosphor

Nickel und Kohlenstoff

Magnesium und Chlor

A

Aluminium und Phosphor: Aluminiumphosphid

Nickel und Kohlenstoff: Nickelcarbid

Magnesium und Chlor: Magnesiumchlorid

65
Q

Nenne die Wertigkeiten für folgende Elemente:

Na, Fe, Al, Mg, O, S, Cl, P, N, C, H

A

Na: Natrium (I)

Fe: Eisen (II, III)

Al: Aluminium (III)

Mg: Magnesium (II)

O: Sauerstoff (II)

S: Schwefel (II, IV, VI)

Cl: Chlor (I)

P: Phosphor (III, V)

N: Stickstoff (III)

C: Kohlenstoff (IV)

H: Wasserstoff (I)

66
Q

2 Al bedeuten […].

3 S bedeuten […].

Al2S3 bedeutet, dass […].

A

2 Al bedeuten 2 Aluminiumatome.

3 S bedeuten 3 Schwefelatome.

Al2S3 bedeutet, dass zwei Aluminiumatome und drei Schwefelatome zu einem Aluminiumsulfid-Teilchen verbunden worden sind.

67
Q

Gibt es von einem Metall mit mehreren Wertigkeiten (z.B. Eisen) mehrere Verbindungen mit dem gleichen anderen Element, so […].

A

Gibt es von einem Metall mit mehreren Wertigkeiten (z.B. Eisen) mehrere Verbindungen mit dem gleichen anderen Element, so fügt man zwischen den Namensteilchen der Verbindung die Wertigkeit des Metalls ein.

68
Q

Wie wird die Masse von Atomen behandelt?

A

Man misst nicht das Gewicht eines Atoms, sondern vergleicht alle Atomate bzw. ihre Atommassen mit dem leichtesten Atom: dem Wasserstoffatom.

Das Periodensystem enthält diese atomare Masseneinheit mit der Einheit u (unit). Dieser stellt die relative Atommasse dar (atomic mass unit, amu).

69
Q

Was beschreibt die Einheit mol?

A

Die Avogadro-Konstante (Avogadro’sche Zahl) ist eine nach Amedeo Avogadro benannte physikalische Konstante, die als Teilchenzahl N pro Stoffmenge n definiert ist.

Sie hat den Betrag 6 · 1023 Teilchen.

Entsprechend der Definition der atomaren Masseneinheit beträgt die Masse eines C-Atoms im Grundzustand mulipliziert mit dem Zahlenwert der Avogadro-Konstanten in mol, auch Avogadro-Zahl genannt, exakt 12 g.

Die Avogadro-Zahl ist der Kehrwert der atomaren Masseneinheit in Gramm.

70
Q

Zu welcher Erkenntnis kam der Chemiker Joseph Proust hinsichtlich der Massenverhältnisse in Reaktionen?

A

In einer chemischen Verbindung liegen die Elemente in einem bestimmten, gleich bleibenden Massenverhältnis vor.

71
Q

Zu welcher Erkenntnis kam der Chemiker Antoine Lavoisier hinsichtlich der Massenveränderung bei Reaktionen?

A

Bei chemischen Reaktionen ist die Masse der Ausgangsstoffe gleich der Masse der Reaktionsprodukte.

72
Q

Stelle die Reaktion von Magnesium (atomare Masse 24u) mit Sauerstoff in den vier Bedeutungen einer Reaktionsgleichung dar.

A
73
Q

In welchen Eigenschaften unterschieden sich die Atome verschiedener Elemente?

A

Größe, Masse, Wertigkeit, …

74
Q

Welche Masse hat ein Wasserstoffatom?

A

1 ∙ 6 ∙ 10-23 g

75
Q

Unter welchen Bezeichnungen kennen Sie die Zahl 6 ∙ 1023?

A

Avogadro’sche Zahl oder Loschmidt’sche Zahl

76
Q

Welche Bedeutung hat die Zahl 6 ∙ 1023?

A

Sie gibt die Zahl der Teilchen an, die in der Atom- oder Molekülmasse in Gramm enthalten ist. (Diese Stoffmenge heißt ein mol.)

77
Q

Nenne vier gemeinsame Eigenschaften der Metalle.

A

Glänzend

elektrische Leitfähigkeit

gute Wärmeleitfähigkeit

duktil (mechanisch verformbar)

meist hart

78
Q

In welchen Eigenschaften unterscheiden sich Metalle? (4)

A

Schmelz- und Siedetemperatur

Dichte

Farbe

Magnetismus

79
Q

Was ist eine Legierung?

A

Mischung verschiedener Metalle, die zusammengeschmolzen werden und bei Abkühlung eine Legierung bilden. Die Legierung hat immer einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Ausgangsmetalle und besitzt andere Eigenschaften.

80
Q

Wie unterscheiden sich die Edelmetalle (z.B. Gold, Silber, Platin, Palladium…) von anderen Metallen?

A

Sie reagieren nicht oder nur schwer mit dem Sauerstoff der Luft und eventuellen weiteren Elementen. Deshalb liegen sie in der Natur auch gediegen (in elementarer Form) vor.

81
Q

Nenne vier Eisenerze und deren Formel.

A

Hämatit (Eisensulfit FeS)

Bauxit (Aluminiumhydroxit Al(OH)3

Siderit (Eisencarbonat FeCO3)

Malachit (Kupfercarbonat CuCO3)

82
Q

Wie werden Metalle gewonnen, die nicht gediegen vorliegen?

A

Sie müssen aus ihren Erzen gewonnen werden. Dabei handelt es sich in den meisten Fällen um Oxide, Sulfide, Hydroxide (enthalten neben dem Metall Sauerstoff und Wasserstoff) oder Carbonate (enhalten neben dem Metall Sauerstoff und Kohlenstoff) des jeweiligen Metalls.

83
Q

Durch welche Maßnahmen lassen sich Metallkonstruktionen vor Korrision schützen? (3)

A

Farb- bzw. Lackanstriche

Überzug mit edleren Metallen bzw. Legierungen (vergolden, verchromen, verzinken)

Einfetten

84
Q

Sind folgende Reaktionen möglich?

Bleioxid reagiert mit Aluminium

Zinkoxid reagiert mit Kupfer

Silberoxid reagiert mit Eisen

A

Ja

Nein

Ja

85
Q

Erkläre den Begriff “Oxidationsmittel” und “Reduktionsmittel”.

A

Das Oxidationsmittel überträgt den eigenen Sauerstoff auf einen Reaktionspartner und wird dabei reduziert (z.B. Eisenoxid)

Das Reduktionsmittel entzieht dem Reaktionspartner den Sauerstoff und wird dabei oxidiert (z.B. Lithium).

86
Q

Bringe folgende Metalle hinsichtlich ihrer Reaktionsbereitschaft mit Sauerstoff in die richtige Reihenfolge (Reaktivitätsreihe):

Pb Sn Al K Ag Mn Cr Na Li Cu Ca Ni Au Fe Cd H2 Zn Pt Mg Hg

A

Au Pt Hg Ag Cu H2 Pb Sn Ni Cd Fe Cr Zn Mn Al Mg Na Ca K Li

87
Q

Seit wann wird Kupfer verarbeitet?

A

Seit der Kupferzeit (8000 v. Chr.)

88
Q

Wo war das Zentrum der Verarbeitung von Kupfer in der Kupferzeit?

A

Mittelmeerraum und Nordafrika.

89
Q

Wann war die Bronzezeit und welche Metalle wurden hier verarbeitet?

A

2200-800 v. Chr.

Legierung aus Kupfer und Zinn, welche härter war als reines Kupfer.

90
Q

Welchen Namen (1) hat eine goldfarbene Kupfer-Zink-Legierung und für was wird sie heute verwendet? (3)

A

Messing.

z.B. Türgriffe, Wasserhähne, Leuchter

91
Q

Welche Erze kommen häufig zusammen vor? (2)

A

Kupfer + Zinn

Kupfer + Zink

92
Q

Was ist die Eisenverhüttung und wann wurde sie praktiziert?

A

1700 v. Chr. bis etwa 1600 n. Chr.

Einfache Lehmöfen wurden mit Schichten aus Erz und Holzkohle beschickt, dann wurde von der Seite mit Blasebälgen Luft eingeblasen.

Bei der Verhüttung wird dem Eisenoxid durch den in der Holzkohle vorkommenden Kohlenstoff Sauerstoff entzogen.

Auch das bei den hohen Temperaturen entstehende Kohlenmonoxid entzieht dem Eisenoxid Sauerstoff.

Das Eisen bildet dann im Ofen schwammige Stücke, die noch mit Schlacke (geschmolzener Sand und andere Nichteisenbestandteile) verunreinigt sind (Luppe).

Nach der Reaktion ließ man den Ofen abkühlen und zerschluck ihn und die Schlackenschicht, um an die aus porösem Eisenschwamm bestehenden Luppen zu gelangen.

Diese wurden durch wiederholtes Erhitzen und Hämmern auf Ambossen von der Schlacke befreit und zu größeren Eisenstücken zusammengeschweißt, aus denen anschließend eiserne Waffen und Werkzeuge geschmiedet wurden.

93
Q

Wie wurde die Eisengewinnung durch Verhüttung im 16. Jahrhundert verbessert?

A

Entwicklung von Hochöfen, in denen Eisenerz mit Koks (entgaster Steinkohle) und verschiedenen Zuschlagstoffen gemischt und unter Zufuhr von Heißluft auf 2 000 Grad erhitzt wurde.

Bei dieser Temperatur schmilzt das Roheisen und die Zuschlagstoffe verbinden sich mit den Gesteinsanteilen der Erze (Gangart) zu Schlacke.

94
Q

Beschreibe kurz die Eisengewinnung in einem Hochofen.

A

In einem Hochofen wird durch die Reduktion von Eisenoxid Eisen hergestellt. Als Reduktionsmittel dient Kohlenstoff.

Von oben wird der Hochofen abwechselnd mit Koks (fast reiner Kohlenstoff) und Möller (Gemisch aus Eisenerz, Kalk und weiteren Zusatzsstoffen) gefüllt.

Von unten wird 1 300 Grad heiße Luft eingeblasen.

Im unteren Teil reagiert der Stauerstoff der heißen Luft mit dem Kohlenstoff zunächst zu Kohlenstoffdioxid, welches dann mit weiterem Kohlenstoff zu Kohlenstoffmonixid reagiert.

Das CO, welches ein starkes Reduktionsmittel ist, entzieht dem Eisenoxid den Sauerstoff. Dabei reagiert CO zu CO2.

Das Kohlenstoffdioxid steigt im Hochofen nach oben, wo es in der nächsten Koksschicht erneut zu Kohlenstoffmonoxid reagiert. In der darüberliegenden Möllerschicht kann es wieder Eisenoxid reduzieren (Reduktionszone).

Das entstandene flüssige Eisen sammelt sich am Boden, wo es von Zeit zu Zeit “abgestochen” wird.

Der im Möller enthaltene Kalk und die Zusatzstoffe reagieren mit Verunreinigungen des Eisenerzes zu Schlacke. Diese schwimmt auf dem flüssigen Roheisen und schützt dieses so vor Oxidation.

Bei den Reaktionen entstehen außerdem brennbare Gase, die abgeleitet werden und zum Aufheizen der Heißluft dienen (Gichtgase).

95
Q

Wieviel Kohlenstoff enthält Roheisen noch?

A

3-4 %

96
Q

Was passiert beim Sauerstoff-Aufblas-Verfahren?

A

Das flüssige Roheisen wird in einen riesigen Behälter, den Konverter, gefüllt. Auf das flüssige Eisen wird durch ein gekühltes Rohr reiner Sauerstoff geblasen, mit dem der Kohlenstoff im Roheisen zu Kohlenstoffdioxid reagiert, welches entweicht. Das zurückbleibende Eisen enthält maximal 2% Kohlenstoff und wird Stahl genannt.

97
Q

Was unterscheidet Roheisen von Stahl? (2)

A

Roheisen enthält außer Eisen noch geringe Anteile von Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor und anderen Begleitmetallen.

Es wird durch Frischen in den Stahl überführt, der nur noch geringe, definierte Mengen an Kohlenstoff und kaum Schwefel und Phosphor enthält.

98
Q

Warum fügt man Stahl noch weitere Legierungsmetalle wie Molybdän oder Chrom hinzu?

A

Die Legierungsmetalle bewirken erwünschte Änderungen der Stahleigenschaften wie z.B. Zähigkeit, Rostträgheit und Warmfestigkeit.

99
Q

Was passiert beim Thermit-Verfahren?

A

Bei diesem Verfahren wird der im Eisenoxid vorhandene Sauerstoff auf Aluminium (Reaktionspartner) übertragen, um Schienen miteinander zu verschweißen.

100
Q

Wann und wie wurde Aluminium entdeckt?

A

1808 durch die Herstellung im Labor.

101
Q

Aus welchem Ausgangsstoff wird Aluminium hergestellt und wie setzt er sich zusammen?

A

Bauxit =

60% Aluminiumhydroxid Al(OH)3

Aluminiumoxid Al2O3

30 % Eisenoxid Fe2O3 (Rost; erzeugt die rötliche Farbe)

Siliciumdioxid SiO2 (eine Art Sand)

102
Q

Beschreibe die Herstellung von Aluminium.

A

Der Ausgangsstoff Bauxit wird unter Druck bei 180 Grad in einer Natronlauge gewaschen. Dabei lösen sich die Aluminiumverbindungen auf und können vom Eisenoxid und dem Siliciumoxid durch filtrieren abgetrennt werden.

Die das Aluminium enthaltende Lösung wird abgekühlt und der Druck verringert, dabei fällt Aluminiumhydroxid Al(OH)3 aus der Lösung aus und wird abfiltriert.

In großen Öfen wird es anschließend geglüht und in Aluminiumoxid umgewandelt. Es entsteht ein ganz feines, weißes Pulver und kann nun zu Aluminium verarbeitet werden.

103
Q

Was passiert bei der Schmelzflusselektrolyse?

A

Bei einer Elektrolyse wird ein Stoff in seine Elemente zerlegt, indem zwei Elektroden in die Flüssigkeit getaucht werden. “Schmelzfluss” bedeutet hierbei, das der Stoff zunächst verflüssigt wird.

104
Q

Beschreibe die Schmelzflusselektrolyse zur Herstellung von Aluminium.

A

Das geschmolzene Aluminiumoxid wird mit Kryolith vermengt, um die Schmelztemperatur zu senken. Es wird in eine gemauert Wanne gefüllt, die mit Kohlepulver, Graphit und Teer als Minuspol ausgekleidet ist.

In die Schmelze tauchen die positiven Kohleanoden ein, welche aus einem mit gepresstem Kohlenstaub gefüllten Eisenrohr bestehen.

Das Aluminiumoxid wird durch dieses Verfahren in Aluminium und Sauerstoff zerlegt. Das Aluminium setzt sich dabei am Boden der Wanne ab, wo es durch die darüber liegende Schmelze vor Oxidation durch Sauerstoff geschützt ist.

An den Anoden entsteht Sauerstoff, der bei der hohen Temperatur mit den Anodenkohlen zu Kohlenmonoxid und Kohlendioxid reagiert.

Das entstandene Aluminium wird von Zeit zu Zeit abgesaugt und unter Luftabschluss in Blöcke gegossen oder durch Zugabe anderer Metalle zu Legierungen verarbeitet.

105
Q

Was ist die Wood’sche Legierung?

A

Die Wood’sche Legierung hat einen besonders niedrigen Schmelzpunkt von nur etwa 60 oC bis 70 oC je nach Zusammensetzung.

Sie besteht aus etwa 50 % Bismut, 25 % Blei, 12,5 % Zinn und 12,5 % Cadmium.

106
Q

Ergänze die Eigenschaften der folgenden Legierungen.

A
107
Q

Nenne vier Gründe die für ein Recyclen von Metallen sprechen.

A
  • Schont Rohstoff-Reserver der Erde
  • Verbraucht weniger Energie als die Neugewinnung aus Erzen
  • Erzeugt weniger Schadstoffe als die Neugewinnung (CO2, Sondermüll)
  • Metallen lassen sich ohne Qualitätsverlust beliebig oft wiederverwenden
108
Q

Nenne drei Edelmetalle, Nichteisen- bzw. Buntmetalle, Leichtmetalle und Schwermetalle

A

Gold, Silber, Platin

Kupfer, Zink, Zinn, Nickel

Aluminium, Magnesium

Blei, Eisen, Chrom

109
Q

Wie lautet die Reaktionsgleichung des Thermitverfahrens?

A

Fe2O3 + Al → 2Fe + Al2O3

Chemie (4 decks)

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