Teil II – Wahlaufgaben

Hinweis: Von den Wahlaufgaben 2, 3 und 4 ist in der Prüfung nur eine Aufgabe zu bearbeiten.

Aufgabe 2: Wasser – alles geklärt

2.1

Lies den Text „Wasserverbrauch in Deutschland“ und bearbeite die nachstehenden Aufgaben.

Wasserverbrauch in Deutschland

Jeder von uns verbraucht in Deutschland durchschnittlich Formula: 125 Liter Wasser am Tag. Gleichzeitig nutzt jede Person zusätzlich etwa Formula: 4000 Liter am Tag, dieses Mal nicht direkt vom Wasserhahn. Es handelt sich um Wasser, das nötig ist, um Lebensmittel und Gegenstände herzustellen, die wir konsumieren und verwenden. Dieses indirekt genutzte Wasser heißt auch „virtuelles Wasser“.

In einem neuen T-Shirt verstecken sich zusammen rund Formula: 2200 Liter virtuelles Wasser. Für ein Blatt Papier sind dagegen nur Formula: 10 Liter nötig. Rund Formula: 900 Liter virtuelles Wasser enthält ein Handy und für ein Auto sind unglaubliche $Formula: 400\,000$ $Formula: 400\,000$ Liter notwendig. Auch in Lebensmitteln steckt mehr virtuelles Wasser, als man glaubt: in einem Brot Formula: 1600 Liter, in einem Liter Orangensaft Formula: 850 Liter und in einem Hamburger Formula: 2400 Liter.

Quelle: https://klassewasser.de/content/language1/html/924.php (bearbeitet 06.11.2025).

Begründe, warum der Gesamtwasserverbrauch eines Menschen viel höher ist als der durchschnittliche Wasserverbrauch.
Stelle den virtuellen Wasserverbrauch für vier der aufgeführten Produkte sowie den durchschnittlichen Wasserverbrauch in einem geeigneten Diagramm graphisch dar.
Notiere vier Maßnahmen, mit denen du Wasser sparen kannst.

7 BE

2.2

Unser Mineralwasser ist mehr als nur reines Wasser.

Experiment: Identifizieren einer Stoffprobe

Du erhältst in mit A und B gekennzeichneten Gefäßen farblose Flüssigkeiten. Dabei handelt es sich um stilles Mineralwasser bzw. destilliertes Wasser.

Identifiziere das stille Mineralwasser und formuliere eine Aussage zum Vorhandensein von Sulfat-Ionen.

Prüfe beide Proben auf

a)	elektrische Leitfähigkeit
b)	das Vorhandensein von Sulfat-Ionen.

Fordere zu b) das benötigte Nachweismittel schriftlich an.
Führe die Experimente durch.
Notiere zu a) und b) deine Beobachtungen.
Werte deine Beobachtungen entsprechend der Aufgabenstellung aus.
Entwickle die Reaktionsgleichung für den Nachweis von Sulfat-Ionen in verkürzter Ionenschreibweise.

8 BE

2.3

Wir unterscheiden Trinkwasser – Brauchwasser – Abwasser.

Notiere zwei Anforderungen an Trinkwasser.
Gib zwei Möglichkeiten der Verwendung von Brauchwasser an.
Begründe die Notwendigkeit der Abwasserreinigung.

6 BE

2.4

Um fossile Brennstoffe zu sparen, wird daran geforscht, Wasserstoff einzusetzen. Dafür werden in Deutschland viele Pilotprojekte gefördert. Bei der Elektrolyse wird das Wasser in seine Elemente zerlegt.

$Formula: \ce{2H2O \longrightarrow 2H2 + O2}$ $Formula: \ce{2H2O \longrightarrow 2H2 + O2}$

Berechne das Volumen an Wasserstoff, welches aus $Formula: 50\ \text{kg}$ $Formula: 50\ \text{kg}$ Wasser gewonnen werden kann und formuliere einen Antwortsatz.

4 BE

25 BE

Aufgabe 3: Erdöl und Erdgas im Fokus

3.1

Erdöl und Erdgas sind wichtige Energieträger und Rohstoffe für die chemische Industrie. Diese Stoffgemische bestehen aus sehr vielen unterschiedlichen Kohlenwasserstoffverbindungen.

Erstelle einen Steckbrief für Erdöl mit sechs Angaben zu Eigenschaften, Vorkommen und Verwendung.
Übernimm die Tabelle in deine Arbeit und ergänze die fehlenden Fakten.

Name des Kohlenwasserstoffes
Formel	$Formula: \ce{C3H8}$ $Formula: \ce{C3H8}$
Verwendungsmöglichkeit		Herstellung von Kunststoffen – Polyethylen (Polyethen)
Siedetemperatur in °C
gesättigter/ungesättigter Kohlenwasserstoff

8 BE

3.2

Lies den Text „Was ist Fracking?“ und bearbeite die nachstehenden Aufgaben.

Was ist Fracking?

Vor allem Erdgas befindet sich oft in tiefliegenden Gesteinsschichten und nicht in Hohlräumen. Dieses kann nicht auf herkömmlichem Weg durch Bohrung gefördert werden. Daher kommt unter anderem Fracking zum Einsatz.

Ein Gemisch aus Wasser, verschiedenen Chemikalien und Sand, das in die Schicht gepresst wird, sorgt beim Fracking dafür, dass das Gestein aufbricht und Risse entstehen. Durch diese Risse kann das Gas austreten und weiterverwendet werden.

Fracking bedeutet für viele Länder Unabhängigkeit vom globalen Erdgasmarkt. Für den Menschen wurden einige der dabei eingesetzten Chemikalien als gesundheitsgefährdend eingeschätzt. Treten diese Stoffe bei der Bohrung aus, können sie in das Grund- und Trinkwasser gelangen. Welche Langzeitfolgen das hat, wurde noch nicht ausreichend erforscht.

Auch reines Methan tritt aus den Bohrungen aus. Das trägt zur Verstärkung des künstlichen Treibhauseffektes bei. Zudem wird für das Fracking eine große Menge Wasser benötigt.

Quelle: https://www.ewe.com/de/zukunft-gestalten/klimaschutz/klimapedia/energiearten/fracking, (bearbeitet 11.09.2025).

Erläutere, was man unter Fracking versteht.
Notiere zwei Auswirkungen von Fracking auf Menschen bzw. Umwelt.
Beurteile das Verfahren Fracking.

6 BE

3.3

Hexen ist ein Stoff, welcher bei der Verarbeitung von Erdöl gewonnen wird. Daraus lässt sich Hexan für die Kunststoffherstellung großtechnisch synthetisieren.

$Formula: \ce{C6H12 + H2 \longrightarrow C6H14}$ $Formula: \ce{C6H12 + H2 \longrightarrow C6H14}$

Berechne die Masse an Hexan, die bei der Reaktion von $Formula: 250\ \text{kg}$ $Formula: 250\ \text{kg}$ Wasserstoff mit Hexen entsteht und formuliere einen Antwortsatz.

4 BE

3.4

Experiment: Verbrennung eines Kohlenwasserstoffes

Bei der Verbrennung einer Kerze entstehen farblose Gase. Eines der entstehenden farblosen Gase enthält das Element Kohlenstoff in gebundener Form.

Weise dieses Gas nach.

Plane dein experimentelles Vorgehen und lege deinen Plan der Lehrkraft vor.
Führe das Experiment durch.
Notiere deine Beobachtung.
Werte deine Beobachtung aus.
Entwickle die Reaktionsgleichung für den Nachweis des Gases.

7 BE

25 BE

Aufgabe 4: Die Elemente der VI. Hauptgruppe

4.1

Die Elemente der VI. Hauptgruppe werden „Chalkogene“ genannt.

Notiere eine Gemeinsamkeit und einen Unterschied im Bau der Atome der Elemente der VI. Hauptgruppe.

2 BE

4.2

Lies den Text „Polonium“ und bearbeite die nachstehenden Aufgaben.

Polonium

Das Element Polonium wurde 1898 von Marie Curie entdeckt, wofür sie den Nobelpreis erhielt. Das Polonium ist ein glänzendes, silberfarbenes, radioaktives Schwermetall.

Radioaktivität bezeichnet die Eigenschaft bestimmter Atomkerne, sich ohne äußere Einwirkung in andere Kerne umzuwandeln und dabei energiereiche Strahlung auszusenden. Aufgrund seiner Radioaktivität leuchtet Polonium im Dunkeln hellblau. Das Metall ist edler als Silber und oxidiert an der Luft.

Polonium wird in Satelliten als Wärmequelle genutzt und als thermoelektrische Batterie in der Raumfahrt eingesetzt. Es entsteht bei der Energiebereitstellung in Kernkraftwerken. Polonium ist sehr giftig und kann zu Lungenkrebs führen.

Quelle: leifichemie.com, bfs.de (bearbeitet 25.08.2025).

Gib an, was unter dem Begriff Radioaktivität verstanden wird.
Notiere unter Verwendung des Textes für Polonium acht Angaben zu Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten.
Leite aus einer im Text genannten Eigenschaft von Polonium zwei Sicherheitsmaßnahmen zum Umgang mit diesem Stoff ab.
Positioniere dich zur Energiebereitstellung in Kernkraftwerken.

10 BE

4.3

Das Element Schwefel ist Bestandteil vieler chemischer Verbindungen.

Übernimm die Tabelle in deine Arbeit und ergänze die fehlenden Angaben.

Name der Verbindung	Formel	Eigenschaft
		konzentrierte Lösung wirkt stark ätzend
	$Formula: \ce{CaSO4}$ $Formula: \ce{CaSO4}$
Schwefeldioxid

Notiere für zwei der Verbindungen je eine Verwendung bzw. Bedeutung.

4 BE

4.4

Experiment: Nachweis von Sauerstoff

Überprüfe, ob bei Zugabe von Wasserstoffperoxid zu Braunstein Sauerstoff entsteht.

Plane dein experimentelles Vorgehen zum Sauerstoffnachweis und lege den Plan der Lehrkraft vor.
Führe die Experimente durch.
Notiere deine Beobachtungen.
Werte deine Beobachtungen entsprechend der Aufgabenstellung aus.

5 BE

4.5

Sauerstoff ist auch ein Produkt der thermischen Zersetzung von Silber(I)-oxid $Formula: (M=231{,}7\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}).$ $Formula: (M=231{,}7\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}).$

$Formula: \ce{2Ag2O \longrightarrow 4Ag + O2}$ $Formula: \ce{2Ag2O \longrightarrow 4Ag + O2}$

Berechne das Volumen an Sauerstoff, welches bei der Zersetzung von $Formula: 5\ \text{g}$ $Formula: 5\ \text{g}$ Silber(I)-oxid entsteht und formuliere einen Antwortsatz.

4 BE

25 BE

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Aufgabe 2: Wasser – alles geklärt

2.1

Begründung des erhöhten Gesamtwasserverbrauchs

Der Gesamtwasserverbrauch eines Menschen ist viel höher als der durchschnittliche direkte Wasserverbrauch von Formula: 125 Litern pro Tag, weil zusätzlich große Mengen an sogenanntem virtuellem Wasser indirekt genutzt werden. Dieses Wasser wird bei der Herstellung von Lebensmitteln und Alltagsgegenständen benötigt. So werden zum Beispiel für ein T-Shirt etwa Formula: 2200 Liter, für einen Hamburger Formula: 2400 Liter und für ein Auto sogar $Formula: 400\,000$ $Formula: 400\,000$ Liter Wasser verbraucht. Rechnet man dieses indirekt genutzte Wasser hinzu, nutzt eine Person insgesamt ungefähr Formula: 4125 Liter Wasser pro Tag.

Darstellung des Wasserverbrauchs in einem geeigneten Diagramm

Säulendiagramm durchschnittlicher Wasserverbrauch und virtueller Wasserverbrauch von Handy, Brot, T-Shirt, und Hamburger

Notieren von vier Wassersparmaßnahmen

Zum Beispiel folgende Maßnahmen:

Handys und Autos möglichst lange nutzen, anstatt sie häufig zu ersetzen.
Wenig wasserintensive Lebensmittel wie Hamburger konsumieren.
Kleidung länger tragen und mehr Second-Hand-Kleidung anstatt neuer Kleidung kaufen.
Papier sparsam verwenden und möglichst Recyclingpapier nutzen.

2.2

Anfordern des benötigten Nachweismittels

Es wird eine Barium-Chlorid-Lösung benötigt.

Durchführung der Experimente

Fachgerechte Durchführung unter Beachtung der Sicherheitsvorgaben.

Notieren der Beobachtungen

a)	Flüssigkeit A hat eine deutlich höhere Leitfähigkeit als Flüssigkeit B.
b)	Bei Flüssigkeit A bildet sich ein weißer Niederschlag nach Zugabe von Bariumchlorid, bei Flüssigkeit B jedoch nicht.

Hinweis: Die Beobachtungen müssen in der Prüfung von dir notiert werden und sind hier pauschal zugeteilt worden.

Auswertung der Beobachtungen

Die gelösten Ionen der Mineralien bewirken eine deutlich höhere elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zum destillierten Wasser, das keine gelösten Mineralien enthält und lediglich durch Autoprotolyse gebildete Oxonium- und Hydroxid-Ionen bewirken eine sehr geringe Leitfähigkeit aufweist.

Der Nachweis von Sulfat-Ionen beruht darauf, dass nach Zugabe von gelöstem Bariumchlorid das schwerlösliche Bariumsulfat ausfällt. Nur das Mineralwasser enthält Sulfat-Ionen in nennenswerter Konzentration.

Somit handelt es sich bei Flüssigkeit A um das stille Mineralwasser und bei Flüssigkeit B um das destillierte Wasser.

Entwickeln der Reaktionsgleichung

$Formula: \ce{Ba^2+_{(aq)} + SO4^{2-}_{\,(aq)} \longrightarrow BaSO4_{\,(s)}\downarrow}$ $Formula: \ce{Ba^2+_{(aq)} + SO4^{2-}_{\,(aq)} \longrightarrow BaSO4_{\,(s)}\downarrow}$

2.3

Notieren zweier Anforderungen an Trinkwasser

Frei von Krankheitserregern und gesundheitsschädlichen Stoffen
Farb- und geruchlos sowie neutraler Geschmack

Angabe zweier Möglichkeiten der Verwendung von Brauchwasser

Spül- und Reinigungsprozesse (z. B. Waschmaschine)
Kühlwasser in Kühlkreisläufen (z. B. Kühlung von Kraftwerken)

Begründung der Notwendigkeit der Abwasserreinigung

Die Abwasserreinigung ist notwendig, weil Abwasser Schmutz, Krankheitserreger und Schadstoffe enthält. Diese Stoffe würden sonst Flüsse und Seen verschmutzen, Tiere und Pflanzen schädigen und die Gesundheit des Menschen gefährden. Durch die Reinigung wird das Wasser von diesen Stoffen befreit und kann anschließend wieder in die Umwelt eingeleitet werden.

2.4

Zunächst wird die Stoffmenge in $Formula: 50\ \text{kg}$ $Formula: 50\ \text{kg}$ Wasser $Formula: \bigl(M=16\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}+2\cdot1\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}=18\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}\bigr)$ $Formula: \bigl(M=16\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}+2\cdot1\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}=18\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}\bigr)$ berechnet:

$Formula: \begin{array}[t]{rll} M&=&\dfrac{m}{n} &\mid\;\cdot\,\frac{n}{M}\\[5pt] n&=&\dfrac{m}{M}\\[5pt] n&=&\dfrac{50\cdot10^3\;\text{g}}{18\;\frac{\text{g}}{\text{mol}}}\\[5pt] n&=&2777{,}\overline{7}\;\text{mol}\\[5pt] &\approx&2{,}8\cdot10^3\;\text{mol} \end{array}$ $Formula: \begin{array}[t]{rll} M&=&\dfrac{m}{n} &\mid\;\cdot\,\frac{n}{M}\\[5pt] n&=&\dfrac{m}{M}\\[5pt] n&=&\dfrac{50\cdot10^3\;\text{g}}{18\;\frac{\text{g}}{\text{mol}}}\\[5pt] n&=&2777{,}\overline{7}\;\text{mol}\\[5pt] &\approx&2{,}8\cdot10^3\;\text{mol} \end{array}$

Da pro Mol Wasser ein Mol Wasserstoff entsteht, gilt: $Formula: n_{\ce{H2O}}=n_{\ce{H2}}=2{,}8\cdot10^3\ \text{mol}.$ $Formula: n_{\ce{H2O}}=n_{\ce{H2}}=2{,}8\cdot10^3\ \text{mol}.$

Somit ergibt sich für das Volumen an Wasserstoff mithilfe des molaren Volumens:

$Formula: \begin{array}[t]{rll} V_\text{m}&=&\dfrac{V_{\ce{H2}}}{n} &\mid\;\cdot\,n \\[5pt] V_{\ce{H2}}&=&V_\text{m}\cdot n\\[5pt] V_{\ce{H2}}&=&22{,}4\;\dfrac{\text{L}}{\text{mol}}\cdot2{,}8\cdot10^3\;\text{mol} \\[5pt] V_{\ce{H2}}&=&62720\;\text{L} \\[5pt] &\approx&6{,}3\cdot10^4\;\text{L} \end{array}$ $Formula: \begin{array}[t]{rll} V_\text{m}&=&\dfrac{V_{\ce{H2}}}{n} &\mid\;\cdot\,n \\[5pt] V_{\ce{H2}}&=&V_\text{m}\cdot n\\[5pt] V_{\ce{H2}}&=&22{,}4\;\dfrac{\text{L}}{\text{mol}}\cdot2{,}8\cdot10^3\;\text{mol} \\[5pt] V_{\ce{H2}}&=&62720\;\text{L} \\[5pt] &\approx&6{,}3\cdot10^4\;\text{L} \end{array}$

Aus $Formula: 50\ \text{kg}$ $Formula: 50\ \text{kg}$ Wasser können somit ungefähr $Formula: 63\ \text{m}^3$ $Formula: 63\ \text{m}^3$ Wasserstoff durch Elektrolyse gewonnen werden.

Aufgabe 3: Erdöl und Erdgas im Fokus

3.1

Erstellen eines Steckbriefs für Erdöl

Z. B. folgende Eigenschaften:

Eigenschaften: Erdöl ist eine meist dunkelbraune bis schwarze, ölige Flüssigkeit mit einem charakteristischen Geruch und leicht geringerer Dichte als Wasser.
Zusammensetzung: Erdöl ist ein Stoffgemisch aus vielen verschiedenen Kohlenwasserstoffen.
Brennbarkeit: Erdöl ist brennbar und besitzt einen hohen Energiegehalt.
Vorkommen: Erdöl lagert in unterirdischen Gesteinsschichten, häufig unter dem Festland oder dem Meeresboden
Entstehung: Erdöl entstand über Millionen Jahre aus abgestorbenen Kleinstlebewesen unter Sauerstoffausschluss, hohem Druck und hoher Temperatur.
Verwendung: Erdöl wird zur Herstellung von Kraftstoffen wie Benzin, Diesel und Kerosin sowie von Kunststoffen, Heizöl, Schmierstoffen und weiteren Chemieprodukten genutzt.

Ergänzen der Tabelle

Name des Kohlenwasserstoffes	Propan	Ethen
Formel	$Formula: \ce{C3H8}$ $Formula: \ce{C3H8}$	$Formula: \ce{C2H4}$ $Formula: \ce{C2H4}$
Verwendungsmöglichkeit	z. B. Flüssiggas als Energiequelle/Brennstoff zum Heizen	Herstellung von Kunststoffen – Polyethylen (Polyethen)
Siedetemperatur in °C
gesättigter/ungesättigter Kohlenwasserstoff	gesättigt	ungesättigt

3.2

Erläuterung des Begriffs „Fracking“

Fracking ist ein Verfahren zur Gewinnung von Erdgas aus tief liegenden Gesteinsschichten. Dabei wird ein Gemisch aus Wasser, Sand und verschiedenen Chemikalien unter hohem Druck in das Gestein gepresst. Dadurch entstehen Risse, durch die das eingeschlossene Erdgas austreten und an die Oberfläche gefördert werden kann.

Notieren zweier Auswirkungen von Fracking auf Menschen und Umwelt

Verstärkung des künstlichen Treibhauseffekts durch Austritt von Methan
Gefahr der Kontamination des Grund- und Trinkwassers mit gesundheitsgefährdenden Chemikalien

Beurteilung des Fracking-Verfahrens

Fracking ermöglicht die Gewinnung von Erdgas aus tief liegenden Gesteinsschichten und kann Länder unabhängiger vom globalen Erdgasmarkt machen. Allerdings birgt das Verfahren erhebliche Risiken: Chemikalien können das Grund- und Trinkwasser verunreinigen, austretendes Methan verstärkt den Treibhauseffekt und es werden große Mengen Wasser benötigt. Da außerdem mögliche Langzeitfolgen noch nicht ausreichend erforscht sind, ist Fracking insgesamt kritisch zu beurteilen und sollte nur unter sehr strengen Umwelt- und Sicherheitsauflagen eingesetzt werden. Alternative Verfahren und nachhaltige Rohstoffe bzw. Energiequellen sind fossilem Erdgas zu bevorzugen.

3.3

Die molare Masse von Hexan beträgt: $Formula: M=6\cdot12\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}+14\cdot1\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}=86\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}.$ $Formula: M=6\cdot12\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}+14\cdot1\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}=86\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}.$

Zunächst wird die Stoffmenge in $Formula: 250\ \text{kg}$ $Formula: 250\ \text{kg}$ Wasserstoff berechnet:

$Formula: \begin{array}[t]{rll} M&=&\dfrac{m}{n} &\mid\;\cdot\,\frac{n}{M}\\[5pt] n&=&\dfrac{m}{M}\\[5pt] n&=&\dfrac{250\cdot10^3\;\text{g}}{2\;\frac{\text{g}}{\text{mol}}}\\[5pt] n&=&125\cdot10^3\;\text{mol} \end{array}$ $Formula: \begin{array}[t]{rll} M&=&\dfrac{m}{n} &\mid\;\cdot\,\frac{n}{M}\\[5pt] n&=&\dfrac{m}{M}\\[5pt] n&=&\dfrac{250\cdot10^3\;\text{g}}{2\;\frac{\text{g}}{\text{mol}}}\\[5pt] n&=&125\cdot10^3\;\text{mol} \end{array}$

Da pro Mol Wasserstoff ein Mol Hexan gebildet wird, gilt: $Formula: n_{\ce{H2}}=n_{\ce{C6H14}}=125\cdot10^3\ \text{mol}.$ $Formula: n_{\ce{H2}}=n_{\ce{C6H14}}=125\cdot10^3\ \text{mol}.$

Somit ergibt sich für die Masse an Hexan:

$Formula: \begin{array}[t]{rll} M&=&\dfrac{m}{n} &\mid\;\cdot\,n \\[5pt] m&=&n\cdot M \\[5pt] m&=&125\cdot10^3\:\text{mol}\cdot86\,\dfrac{\text{g}}{\text{mol}}\\[5pt] m&=&10\,750\,000\;\text{g} \\[5pt] m&\approx&10{,}8\;\text{t} \end{array}$ $Formula: \begin{array}[t]{rll} M&=&\dfrac{m}{n} &\mid\;\cdot\,n \\[5pt] m&=&n\cdot M \\[5pt] m&=&125\cdot10^3\:\text{mol}\cdot86\,\dfrac{\text{g}}{\text{mol}}\\[5pt] m&=&10\,750\,000\;\text{g} \\[5pt] m&\approx&10{,}8\;\text{t} \end{array}$

Bei der Hydrierung von Hexen mit $Formula: 250\ \text{kg}$ $Formula: 250\ \text{kg}$ Wasserstoff können etwa $Formula: 10{,}8\ \text{t}$ $Formula: 10{,}8\ \text{t}$ Hexan gebildet werden.

3.4

Planung des experimentellen Vorgehens

Herstellung des Kalkwassers: Calciumhydroxid wird in Wasser gelöst
Anzünden der Kerze und Auffangen der Verbrennungsgase mithilfe eines Glastrichters
Einleiten der Verbrennungsgase in ein mit Kalkwasser gefülltes Reagenzglas mithilfe eines Schlauchs

Alternative Nachweismöglichkeit: Einleitung in Bariumhydroxid-Lösung (Barytwasser)

Durchführung des Experiments

Fachgerechte Durchführung unter Beachtung der Sicherheitsvorgaben.

Notieren der Beobachtung

Es bildet sich ein weißer Niederschlag.

Auswertung der Beobachtungen

Die Verbrennungsgase enthalten Kohlenstoffdioxid. Dieses Gas reagiert mit dem Kalkwasser unter Bildung von schwerlöslichem Calciumcarbonat, das ausfällt und die Flüssigkeit trübt.

Entwicklung der Reaktionsgleichung für den Nachweis des Gases

$Formula: \ce{Ca(OH)2_{\,(aq)} + CO2_{\,(g)} \longrightarrow CaCO3_{\,(s)}\downarrow\;+\;H2O_{(l)}}$ $Formula: \ce{Ca(OH)2_{\,(aq)} + CO2_{\,(g)} \longrightarrow CaCO3_{\,(s)}\downarrow\;+\;H2O_{(l)}}$

Aufgabe 4: Die Elemente der VI. Hauptgruppe

4.1

Gemeinsamkeit: Alle Chalkogene haben sechs Valenzelektronen.

Unterschied: Sie besitzen eine unterschiedliche Anzahl an besetzten Elektronenschalen. Diese nimmt innerhalb der Hauptgruppe von oben nach unten zu.

4.2

Angabe des Begriffs „Radioaktivität“

Unter Radioaktivität versteht man die Eigenschaft bestimmter Atomkerne, sich ohne äußere Einwirkung in andere Atomkerne umzuwandeln und dabei energiereiche Strahlung auszusenden.

Notieren von Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten von Polonium

Glänzendes Metall
Silberne Farbe
Schwermetall
Radioaktiv
Hellblaues Leuchten im Dunkeln aufgrund der Radioaktivität
Edler als Silber, aber oxidiert an der Luft
Verwendung als Wärmequelle in Satelliten
Verwendung als thermoelektrische Batterie in der Raumfahrt

Ableiten zweier Sicherheitsmaßnahmen beim Umgang mit Polonium

Da Polonium radioaktiv und giftig ist, sollten folgende Sicherheitsmaßnahmen stets erfüllt sein:

Polonium muss in einem abgeschirmten, dicht verschlossenen Behälter aufbewahrt werden, damit keine radioaktive Strahlung oder Stoffteilchen austreten.
Polonium darf nur mit Schutzausrüstung und geeigneten Greifwerkzeugen gehandhabt werden, um Hautkontakt und Einatmen zu vermeiden.

Positionierung zur Energiebereitstellung in Kernkraftwerken

Die Energiebereitstellung in Kernkraftwerken sollte kritisch betrachtet werden. Zwar können Kernkraftwerke große Mengen elektrischer Energie bereitstellen, dabei entsteht jedoch radioaktiver Abfall wie Polonium. Diese Stoffe sind sehr giftig, können schwere Krankheiten verursachen und müssen für sehr lange Zeit sicher gelagert werden. Außerdem können Unfälle langfristige Folgen für Menschen und Umwelt haben. Daher sollten Kernkraftwerke möglichst durch sichere erneuerbare Energiequellen ersetzt werden.

4.3

Ergänzen der Tabelle

Name der Verbindung	Formel	Eigenschaft
Schwefelsäure	$Formula: \ce{H2SO4}$ $Formula: \ce{H2SO4}$	konzentrierte Lösung wirkt stark ätzend
Calciumsulfat	$Formula: \ce{CaSO4}$ $Formula: \ce{CaSO4}$	Schwer wasserlöslicher Feststoff
Schwefeldioxid	$Formula: \ce{SO2}$ $Formula: \ce{SO2}$	Gas mit stechendem Geruch

Notieren von Verwendung bzw. Bedeutung

Zum Beispiel:

Schwefelsäure: Batteriesäure in Autobatterien, wichtiger Ausgangsstoff in der chemischen Industrie
Calciumsulfat: medizinischer Gipsverband
Schwefeldioxid: Konservierung von Lebensmitteln und Wein, Herstellung von Schwefelsäure

4.4

Planung des experimentellen Vorgehens

Schutzbrille aufsetzen und das Reagenzglas in den Reagenzglasständer stellen.
Eine kleine Menge Braunstein in das Reagenzglas geben.
Etwas Wasserstoffperoxid-Lösung hinzufügen.
Das Reagenzglas sofort mit dem Stopfen und dem Gasableitungsrohr verschließen.
Das entstehende Gas in einem zweiten Reagenzglas auffangen.
Einen Holzspan anzünden und anschließend auspusten, sodass er nur noch glimmt.
Den glimmenden Holzspan in das mit dem entstandenen Gas gefüllte Reagenzglas halten.

Durchführung der Experimente

Fachgerechte Durchführung unter Beachtung der Sicherheitsvorgaben.

Notieren der Beobachtungen

Der glimmende Holzspan flammt wieder auf.

Auswertung der Beobachtungen

Das Aufflammen des Glimmspans ist ein positiver Sauerstoffnachweis. Bei der Zersetzung von Wasserstoffperoxid entsteht somit Sauerstoff. Braunstein (Mangandioxid) wirkt dabei als Katalysator. Die Reaktionsgleichung lautet: $Formula: \ce{2H2O}\overset{\ce{MnO2}}{\longrightarrow}\ce{2H2O + O2}$ $Formula: \ce{2H2O}\overset{\ce{MnO2}}{\longrightarrow}\ce{2H2O + O2}$

4.5

Die molare Masse von molekularem Sauerstoff ist $Formula: M=32\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}.$ $Formula: M=32\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}.$

Die Stoffmenge in $Formula: 5\ \text{g}$ $Formula: 5\ \text{g}$ Silber(I)-oxid beträgt:

$Formula: \begin{array}[t]{rll} M&=&\dfrac{m}{n} &\mid\;\cdot\,\frac{n}{M}\\[5pt] n&=&\dfrac{m}{M}\\[5pt] n&=&\dfrac{5\;\text{g}}{231{,}7\;\frac{\text{g}}{\text{mol}}}\\[5pt] n&\approx&21{,}6\cdot10^{-3}\;\text{mol} \end{array}$ $Formula: \begin{array}[t]{rll} M&=&\dfrac{m}{n} &\mid\;\cdot\,\frac{n}{M}\\[5pt] n&=&\dfrac{m}{M}\\[5pt] n&=&\dfrac{5\;\text{g}}{231{,}7\;\frac{\text{g}}{\text{mol}}}\\[5pt] n&\approx&21{,}6\cdot10^{-3}\;\text{mol} \end{array}$

Pro Mol gebildetem Sauerstoff werden zwei Mol Silber(I)-oxid benötigt. Somit gilt: $Formula: n_{\ce{O2}}=\dfrac{1}{2}\cdot n_{\ce{Ag2O}}\approx10{,}8\cdot10^{-3}\;\text{mol}.$ $Formula: n_{\ce{O2}}=\dfrac{1}{2}\cdot n_{\ce{Ag2O}}\approx10{,}8\cdot10^{-3}\;\text{mol}.$

Somit ergibt sich für das Volumen an Sauerstoff mithilfe des molaren Volumens:

$Formula: \begin{array}[t]{rll} V_\text{m}&=&\dfrac{V_{\ce{O2}}}{n} &\mid\;\cdot\,n \\[5pt] V_{\ce{O2}}&=&V_\text{m}\cdot n\\[5pt] V_{\ce{O2}}&=&22{,}4\;\dfrac{\text{L}}{\text{mol}}\cdot10{,}8\cdot10^{-3}\;\text{mol} \\[5pt] V_{\ce{O2}}&=&0{,}24192\;\text{L} \\[5pt] &\approx&242\;\text{mL} \end{array}$ $Formula: \begin{array}[t]{rll} V_\text{m}&=&\dfrac{V_{\ce{O2}}}{n} &\mid\;\cdot\,n \\[5pt] V_{\ce{O2}}&=&V_\text{m}\cdot n\\[5pt] V_{\ce{O2}}&=&22{,}4\;\dfrac{\text{L}}{\text{mol}}\cdot10{,}8\cdot10^{-3}\;\text{mol} \\[5pt] V_{\ce{O2}}&=&0{,}24192\;\text{L} \\[5pt] &\approx&242\;\text{mL} \end{array}$

Bei der thermischen Zersetzung von $Formula: 5\ \text{g}$ $Formula: 5\ \text{g}$ Silber(I)-oxid können etwa $Formula: 242\ \text{mL}$ $Formula: 242\ \text{mL}$ Sauerstoff entstehen.

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