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1. Klausur LK Chemie 12/1 13.10.04
Erlaubte Hilfsmittel: Taschenrechner, Periodensystem der Elemente
Aufgabe 1:
Vorgabe:
Gefahr durch unterschiedliche Zahnlegierungen
Amalgam ist schon lange in Verruf. Doch auch andere Metalle im Mund sind nach neuen Untersuchungen eine Gefahr,
sogar das viel gepriesene Gold. Denn sobald unterschiedliche Legierungen als Füllung oder Zahnersatz zusammenkommen,
treten elektrische Phänomene auf, die die Gesundheit beeinträchtigen können. Viele Menschen tragen
ein kleines Elektrizitätswerk im Körper, ohne es zu wissen. Ursache dafür sind Füllungen, Kronen, Brücken und
Zahnprothesen aus unterschiedlichen Metallen, die zu elektrischen Phänomenen im Munde führen können.
Quelle: Hiltrud Boeger; Schrot& Korn, 11/98.
Um dies zu prüfen wird in einem Labor folgender Modellversuch durchgeführt:
Eine Amalgam- und eine Zahngoldelektrode werden in ein Becherglas mit Kaliumnitrat-Lösung getaucht. Verbindet
man die Elektroden über Kabel mit einem Spannungsmessgerät so stellt man am dazwischen geschalteten Spannungsgerät
eine Potentialdifferenz von 0,21 V fest und die Lösung bleibt farblos.
Weitere Angaben:
Hauptbestandteil von Zahngold
Hauptbestandteile von Dentalamalgam
Gold: w = 54% Quecksilber: 50%
Silber: w = 26% Silber: 35%
Kupfer: w = 10 % Zinn: 9%
Palladium: w = 5 % Kupfer: 6%
Redoxpotentiale unter Standardbedingungen:
E 0 (Ag/Ag + ) = 0,80 V, E 0 (Sn/Sn 2+ ) = - 0,14V, E 0 (Hg/Hg 2+ ) = 0,85 V
E 0 (Au/Au 3+ ) = 1,50 V, E 0 (Pd/Pd 2+ ) = 0,95V, E 0 (Cu/Cu 2+ ) = 0,35 V
E 0 (2 H 3 O + / H 2 + H 2 O) = 0V
Arbeitsauftrag:
1. Ordne die oben angegebenen Redoxpotentiale in einer Spannungsreihe an. Erkläre die Begriffe Oxidationsund
Reduktionsvermögen. Mit welcher Kombination an Halbzellen ließe sich eine möglichst hohe Spannung
erzeugen.
2. Skizziere den Aufbau eines galvanischen Elements bestehend aus einer Gold- und einer Quecksilberhalbzelle
mit allen notwendigen Angaben. Berechne die theoretisch zu erwartende Potentialdifferenz und erläutere
ausführlich welche chemischen Abläufe zur Entstehung einer Potentialdifferenz führen. Stelle die Teilgleichungen
für die Abläufe an den Elektroden auf.
3. Skizziere die Modellversuchsanordnung und erläutere die Unterschiede zur galvanischen Zelle aus Teil 2.
Welche Redoxreaktionen sind theoretisch möglich? Hast du eine Erklärung für den gemessenen Spannungswert?
4. Nimm Stellung zu der Aussage aus dem Artikel, dass durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien
(z.B. Goldkrone und Amalgamfüllung) es zu einem Batterie-Effekt kommen kann und schätze die Gefahr
ein, dass dabei Quecksilber entstehen kann.
Aufgabe 2:
Vorgabe:
Um die chemischen und physikalischen Abläufe bei einer Elektrolyse zu untersuchen, wird in ein U-Rohr eine Kaliumjodidlösung
gefüllt, zwei Platin-Elektroden werden mit einer Gleichspannungsquelle verbunden und zusätzlich
werden ein Spannungs (Voltmeter)- und ein Stromstärkemessgerät (Amperemeter) in den Stromkreis geschaltet. Bei
ausgeschalteter Gleichspannungsquelle misst man eine Spannung von U = 0 V. Anschließend wird durch Einschalten
der Spannungsquelle die Spannung von U = 0V an langsam erhöht und die Messwerte an Volt- und Amperemeter
werden abgelesen.
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Man erhielt folgende Ergebnisse:
U in V I in mA Versuchsbeobachtung
0,20
0,40
0,60
0,90
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
0,00
0,00
0,00
0,05
0,10
0,20
0,40
0,65
0,90
-
-
-
-
Plus-Pol: gelber Belag auf der Platin-Elektrode
Plus-Pol: gelber Belag auf der Platin-Elektrode
Plus-Pol: gelbe Schlieren, Minus-Pol: ca. 5 kleine Gasbläschen
Plus-Pol: gelbe Schlieren, Minus-Pol: ca. 10 kleine Gasbläschen
Plus-Pol: gelb-braune Schlieren, Minus-Pol: verstärkte Gasbildung
E 0 (K/K + ) = -2,92 V, E 0 (2I - /I + 2 ) = 0,54V, E 0 ( H 2 /H 2 O) = - 0,41V bei pH= 7
Gibt man nach der Elektrolyse wenige Tropfen Phenolphthalein in die Lösung am Minuspol, so beobachtet man eine
deutliche Violettfärbung.
Arbeitsauftrag:
1. Fertige eine Skizze des Versuchsaufbaus an und erläutere den Ablauf der Reaktionen an den beiden Elektroden
auf der Grundlage der Versuchsbeobachtungen.
2. Übertrage die gemessenen Werte in ein Koordinatenkreuz, zeichne den Graphen der Stromstärke-Spannungs-
Kurve und interpretiere seinen Verlauf. Wie würdest du den Begriff „Zersetzungspannung“ definieren?
3. Nach dem Abschalten der Gleichspannungsquelle, wurde erneut die Spannung zwischen den Elektroden gemessen.
Sie betrug nun U = 1,3 V. Hast du dafür eine Erklärung.
Aufgabe 3:
Vorgabe:
Ammoniak ist eine Verbindung, die technisch in großem Maßstab hergestellt wird. Die Synthese erfolgt nach dem
Haber-Bosch-Verfahren durch direkte Vereinigung der Elemente. Während Stickstoff direkt durch Luftverflüssigung
gewonnen werden kann, ist die Herstellung von Wasserstoff aufwändiger.
In der Technik gewinnt man Wasserstoff durch eine katalytische Dampfspaltung von Methan (Erdgas). Dabei wird
das Methan an einem Nickel-Katalysator bei einer Temperatur von ca. 900°C mit Wasserdampf umgesetzt. Neben
Wasserstoff entsteht dabei auch Kohlenstoffmonoxid. In einem zweiten Schritt wird das Kohlenmonoxid durch Wasserdampf
zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt.
Ammoniak ist ein farbloses Gas mit einem stechenden, charakteristischen Geruch. Er verbrennt in reinem Sauerstoff
zu Stickstoff und Wasserdampf. Wird die Verbrennung durch einen Katalysator begünstigt, verbrennt Ammoniak an
Luft zu Stickstoffmonoxid und Wasser.
Arbeitsauftrag:
1. Formuliere die Reaktionsgleichungen zur Herstellung von Wasserstoff nach den im Text beschriebenen Verfahren.
2. Gib für die Verbrennung von Ammoniak mit und ohne Katalysator die Oxidationszahlen aller Atome der
Ausgangs- und Endstoffe an. Benenne jeweils Oxidations- und Reduktionsmittel und definiere diese Fachbegriffe.
Stelle für jede Reaktion Teil- und Gesamtgleichungen auf!
Viel Erfolg !!!
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