11I Trainer: Metalle - Reduktion

Arbeitsheft
7./8. Klasse
Schroedel
•
I

Arbeitsheft
Chemie
7.18. Klasse
Bearbeitet von:
Rosemarie Förster, Chemnitz
Dieter Matthe, Dresden
Brigitta Rieck, Leipzig
Claas Riedei, Dresden
Unter Mitarbeit
der Verlagsredaktion
Grafik:
Claas Riedel
Volkmar Rinke
Günter Schlierf
Uwe Wiegand
Dr. Monika Scholz-Zemann
Bildquellenverzeichnis :
S. 33: dpa, Frankfurt am Main
Fotografie:
Hans Tegen
ISBN 3-507-76757-0
© 1999 Schroedei Verlag
im Bildungshaus Schroedei Diesterweg Bildungsmedien GmbH & Co. KG, Hannover
Alle Rechte vorbehalten. Dieses Werk sowie einzelne Teile desselben sind urheberrechtlich geschützt.
Jede Verwertung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen ist ohne vorherige schriftliche
Zustimmung des Verlages nicht zulässig.
Druck A 7 6 5 4 /Jahr 2007 2006 2005 2004
Alle Drucke der Serie A sind im Unterricht parallel verwendbar, da bis auf die Behebung
von Druckfehlern unverändert. Die letzte Zahl bezeichnet das Jahr dieses Druckes.
Satz/Repro: Druckhaus "Thomas Müntzer" GmbH, Bad Langensalza
Druck: Oeding Druck GmbH, Braunschweig

Inhaltsverzeichnis
Stoffe und Stoffgemische
Wichtige Laborgeräte
Gefahrensymbole . . . . . .
Wie funktioniert ein Gasbrenner?
Glasbearbeitung
Wir untersuchen die Eigenschaften
von Stoffen . . . . . . . . . . . .
Vergleich der Eigenschaften von
Zucker und Magnesium .....
Modellvorstellung und Teilchenmodell
Gemische lassen sich einteilen ...
Gemische lassen sich trennen
Die Vorgänge bei der Papierchromatografie
Übersicht: Stoffe und Trennverfahren
Aufgabensammlung
Chemische Reaktion
Die chemische Reaktion ­
eine Stoffumwandlung . .
Woraus besteht Luft? . .
Darstellung und Eigenschaften
von Sauerstoff . . . . . . . . .
Sauerstoff reagiert mit Metallen
und Nichtmetallen
Die Oxidation - eine chemische
Reaktion
Aufgabensammlung
Atombau - PSE
Vergleich der Atommodelle .....
Zusammenhänge zwischen Atombau
und PSE (I)
Zusammenhänge zwischen Atombau
und PSE (11)
Kreuzworträtsel zum Periodensystem
Oxidation und Reduktion
1 Metallische Bindung ­
2 Eigenschaften der Metalle 23
3 Wer bekommt den Sauerstoff? . 24
4 Namen und Formeln von Oxiden 25
So stellt man Reaktionsgleichungen auf 26
5 Eigenschaften und Verwendung von
Metallen . 27
6 Roheisengewinnung . 28
7 Vom Roheisen zum Stahl 29
8 Trainer: Metalle - Reduktion 30
9 Wir untersuchen exo- und endotherme
10 Reaktionen . 31
11 Wasser - ein besonderer Stoff? 32
12 Darstellung und Eigenschaften
von Wasserstoff . 33
Wasserstoff reagiert mit Nichtmetallen 34
Modelle von Nichtmetallen und
Nichtmetallverbindungen 35
Aufgabensammlung . 36
13
14
Säuren - Basen - Salze
­
15
Darstellung und Nachweis von Hydroxiden 37
16 Überblick: Hydroxide . . . . . . . . . . . 38
Chlorwasserstoffgas reagiert mit Wasser 39
17 Überblick: Säuren und Säurerest-Ionen 40
18 Kriminalfälle . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Saure und basische (alkalische) Lösungen
Saure und basische (alkalische) Lösungen
42
im Alltag . 43
Wir stellen schweflige Säure her '" 44
Saurer Regen und seine Auswirkungen 45
19 Gegensätze heben sich auf
Neutralisation . 46
20 Bildung und Benennung von Salzen . 47
Rätselseite . . . . . . . . . . . . . . 48
21 Säuren, Laugen, Salze - alles klar? . 49
22 Aufgabensammlung . 50

Ionen
Nachweis der Halogenide und Halogene 51
Wie sich Ionen bilden 52
Vergleich von Atomen und Ionen 53
Übung: Ionen und Dissoziation . 54
Nachweis von Ionen (Analyse) 55
Bindungsarten und Stoffgemische
im Vergleich ..... 56
Ionenbindung - Salze 57
Richtig oder falsch? 58
Aufgabensammlung . 59

I
Übersicht: Stoffe und Trennverfahren
1. Chemie ist die Lehre vom Aufbau, den Eigenschaften und den Veränderungen der Stoffe. Vervollständige
die Übersicht und ordne den verschiedenen Stoffarten eines der Beispiele zu: Kupfer, Messing,
Wasser, Sauerstoff, Asche.
Stoffe lassen sich ordnen: 11
I I Gemische 1
1
Reinstoffe
Beispiel:
Beispiel:
I
---1
Beispiel:
Beispiel:
Beispiel:
Verbindungen
Elemente 11
Metalle
2. Gemische lassen sich nur dann trennen, wenn sich die einzelnen Stoffe in einer der zur Trennung
genutzten Eigenschaft genügend stark unterscheiden.
a) Wähle von den folgenden Eigenschaften eine aus, die für das so genannte Trennverfahren geeignet
ist. Siedetemperatur, Schmelztemperatur, Dichte, Teilchengröße, Haftfähigkeit.
b) Ordne jedem Trennverfahren ein Beispiel zu.
c) Ergänze die Übersicht mit weiteren dir bekannten Trennverfahren.
Trennverfahren ausgenutzte Eigenschaft
Sedimentation
Zentrifugation
Filtration
Sieben
Eindampfen
Destillation
Chromatografie
Adsorption
I
Beispiel für ein zu trennendes
Gemisch

..Aufgabensammlung
1. Früher wurde die Chemie als "schwarze" oder Aggregatzustand bei 20°C; äußeres Ausse­
"ägyptische" Kunst bezeichnet. Tatsächlich hen (Oberfläche); Härte; Farbe; Geruch; Verkonnten
die Ägypter bereits vor 4500 Jahren halten beim Erwärmen; Brennbarkeit; elektri­
Öle, Salben und Parfüme sowie Ton, Kalk und sche Leitfähigkeit; Löslichkeit in Wasser; Vereinige
Metalle gewinnen. halten gegenüber einem Magneten.
Überlege, wie die Ägypter zu ihrem Wissen Nimm anschließend dein Chemiebuch oder
über diese chemischen Prozesse gelangten. ein Lexikon und vergleiche deine ermittelten
2. In vielen Jahrhunderten war es erforderlich, Eigenschaften mit den im Buch genannten.
Informationen geheim zu halten. So wurde auf 10. In sechs unbeschrifteten Reagenzgläsern wer­
Briefpapier mit zwei verschiedenen Tinten den dir folgende Stoffe gegeben: Holzkohle,
geschrieben. Die zweite unsichtbare Geheim­ Mehl, Zucker, Essig, Wasser und Kochsalz.
tinte wurde erst sichtbar, wenn man das Entwickle einen Plan, wie du bei der Identifi­
Papier vor eine Kerze hielt. Diese Tinte stellte zierung dieser Stoffe vorgehen kannst. Beachman
aus Zwiebel- oder Zitronensaft her. te dabei, dass der Chemiker die Stoffe ohne
Welche Eigenschaft der beiden Säfte wurde Geschmacksprobe unterscheiden muss.
dabei ausgenutzt? Versuche es doch auch 11. Nenne wichtige allgemeine Eigenschaften von
einmal. Metallen.
3. Die Naturwissenschaft Chemie beschäftigt 12. Teile die folgenden Stoffe in Metalle und Lesich
mit dem Aufbau, den Eigenschaften und gierungen ein: Zinn, Bronze, Platin, Amalgam,
den Veränderungen der Stoffe. Stahl, Weißgold, Neusilber, Rotgold, Nickel,
Suche Wörter, in denen der Begriff "Stoff" ent­ Gold, Chrom-Nickel-Stahl, Alubronze.
halten ist. 13. Gib an, wie du Würfel (10cmx10cm) von
4. Welcher Stoff wird gesucht? Farbe: weiß; Blei und Magnesium unterscheiden kannst.
Härte: gering; Aggregatzustand bei 20°C: 14. Nenne Beispiele aus dem Haushalt, in denen
fest und schmilzt bei geringer Erwärmung; die Wärmeleitfähigkeit von Metallen ausge­
Oberfläche: glatt; Verhalten im Wasser: löst nutzt wird.
sich nicht; elektrische Leitfähigkeit: nicht lei­ 15. Wie kannst du die Flüssigkeiten Wasser,
tend; Brennbarkeit: brennbar Essig und Benzin am besten unterscheiden?
5. Wie hieß der Alchimist und sein entdeckter 16. Welches Metall ist bei Zimmertemperatur flüs­
Stoff? Er wollte Gold herstellen, doch er hat sig? Wo wird es verwendet?
nur "Steinzeug" gebrannt. 1710 wurde in 17. Entscheide, ob Reinstoffe oder Stoffgemische
Meißen eine Manufaktur gegründet und heute vorliegen: Meerwasser, Kupfer, Messing, Luft,
zählt es zu den edelsten Stoffen. Der Aus­ Stickstoff, Gold, Eis, Holz, Erdöl, Zitronensaft.
gangsstoff, das Kaolin, wurde unter den Häu­ 18. Ermittle aus Tabellen die Dichte, Schmelzsern
der Stadt gewonnen. und Siedetemperatur folgender Stoffe:
6. Isabel hat im Küchenschrank ein Gefäß mit a) Eisen,
einem weißen kristallinen Stoff gefunden ­ b) Kupfer,
ohne Beschriftung. Sie vermutet, dass es c) Kochsalz (Natriumchlorid),
Zucker oder Salz sein könnte, und will eine d) Wasser,
Geschmacksprobe machen. e) Spiritus (Ethanol).
a) Was hältst du von ihrem Vorhaben? 19. Nenne Eigenschaften von Stoffen die sich nur
b) Wie kann man Zucker und Salz auch ohne mit Hilfe von Messgeräten ermitteln lassen.
Geschmacksprobe eindeutig unterscheiden? 20. Vergleiche die Eigenschaften von Gold und
7. Nenne 10 Haushaltsgegenstände und gib die Eisen.
Stoffe an, aus denen sie bestehen. 21. Suche in Nachschlagewerken nach dem
8. Vergleiche die Zusammensetzung und die Ursprung des Begriffes "Chemie".
Eigenschaften von Messing und Bronze. 22. Warum ist es sinnvoll, Wasserrohre, die früher
Nenne Gemeinsamkeiten beider Stoffe. aus Blei oder Eisen (Stahl) waren, durch sol­
9. Untersuche von einem Stück Marmor (Cal­ che aus Kupfer zu ersetzen?
ciumcarbonat) die folgenden Eigenschaften
und notiere tabellarisch in deinem Hefter die
Ergebnisse.
@

Die chemische Reaktion - eine Stoffumwandlung
1. Dein Lehrer führt einen Versuch vor, bei dem ein Gemisch aus den Reinstoffen Eisen und Schwefel
erhitzt wird. Gib die Eigenschaften der Stoffe vor dem Versuch an.
I
Stoffproben Schwefel Eisen
Farbe
magnetisches Verhalten
Dichte
'I Schmelztemperatur
2. Beide Reinstoffe werden gut vermischt.
a) Welche Art von Gemisch ist dabei entstanden?
b) Mit welchem Verfahren kann es wieder getrennt werden? _
3. Das Gemisch wird nun erwärmt. Plötzlich ist ein Aufglühen zu beobachten und die Ausgangsstoffe
scheinen sich verändert zu haben. Es hat eine chemische Reaktion stattgefunden.
a) Ermittle die Eigenschaften des neuen Stoffes und trage diese in die Tabelle ein.
neuer Stoff
Farbe
magnetisches Verhalten
Dichte
Schmelztemperatur
b) Stelle eine Wortgleichung für diese Reaktion auf.
+
•
5. Vervollständige den folgenden zusammenfassenden Satz:
Ein Vorgang, bei dem neue Stoffe mit neuen Eigenschaften entstehen,
bezeichnet man als
+
4. Bei einer chemischen Reaktion kommt es zur Umordnung der Teilchen der Ausgangsstoffe. Ergänze
die Teilchendarstellung.
_
,

..Aufgabensammlung
1. Erkläre den Unterschied zwischen einem physikalischen
Vorgang (z. B. Sieden von Wasser)
und einer chemischen Reaktion.
2. Teile die folgenden Prozesse in physikalische
Vorgänge und chemische Reaktionen ein:
a) Zucker wird in Wasser aufgelöst.
b) Zucker wird im Reagenzglas erhitzt.
e) Eisen reagiert mit Schwefel.
d) Eisen rostet.
e) Rost wird von einer Eisenstange abgekratzt.
f) Eine Aufschlämmung von Gips in Wasser
wird hergestellt.
g) Aus Kalk, Sand und Soda wird eine Glasschmelze
hergestellt.
h) Wasser verdampft.
i) Magnesium verbrennt.
j) Blei schmilzt.
k) Ein Dachstuhl brennt.
I) Abfall wird kompostiert.
m) Aus Stärke und Wasser wird Stärkekleister
hergestellt.
n) Milch wird sauer.
0) Eine Aufschlämmung wird abfiltriert.
p) Ein Streichholz wird entzündet.
3. Dächer von Schlössern oder Kirchen werden
oft mit Kupferblechen gedeckt. Nach einigen
Jahren färben sich diese schwarz, später blaugrün,
es bildet sich eine Patina. Handelt es
sich dabei um einen physikalischen Vorgang
oder eine chemische Reaktion?
4. Vergleiche folgende chemische Reaktionen:
Rosten von Eisen und Verbrennen von
Magnesium.
5. "Chemie in der Küche": Physikalischer Vorgang
oder chemische Reaktion?
a) Eine Brausetablette wird in Wasser gelöst.
b) Für einen Käsekuchen werden Rosinen in
den Quark gerührt.
e) Eine Weinflasche steht mehrere Tage offen
herum. Vater sagt: "Der Wein schmeckt
wie Essig!"
d) Salat wird mit Zitronensaft gewürzt.
6. Ohne chemische Reaktionen ist unser Leben
undenkbar. Beurteile die folgenden Aussagen
und ziehe Schlussfolgerungen:
a) "Saurer Regen zerstört unser Gebäude."
b) "Chemische Reaktionen lassen Getreide
wachsen."
7. a) Erläutere die physikalischen Vorgänge, die
beim pneumatischen Auffangen eines
Gases ablaufen.
b) Welche Eigenschaften muss ein Gas
haben, damit man es pneumatisch auffangen
kann?
8. Beschreibe einen Versuch, mit dem du die
Dichten von Luft und Sauerstoff vergleichen
kannst.
9. Warum müssen Feuerwehrleute oft Sauerstoffatemgeräte
benutzen?
10. Eine brennende Kerze wird in einen Standzylinder
mit Luft gehalten, eine andere in einen
Standzylinder mit Sauerstoff.
Erläutere und begründe das unterschiedliche
Verhalten der Kerzen.
11. a) Nenne die wichtigsten Bestandteile der
Luft.
b) Woher hat Stickstoff seinen Namen?
12. "Hier ist aber dicke Luft", sagt Susanne, als sie
aus ihrem Auto aussteigt. Wodurch entsteht
diese "dicke Luft"?
13. Öfen haben eine Regelung für die Luftzufuhr.
Warum ist ein solcher Regler wichtlg?
14. Ist die Verbrennung ein physikalischer Vorgang
oder eine chemische Reaktion? Begründe.
Gib einen anderen Begriff dafür an.
15. Bei normaler Wetterlage nimmt die Temperatur
vom Boden bis in etwa 400 m Höhe gleichmäßig
ab. Bei einer Inversionswetterlage
besteht die im Bild dargestellte Temperaturverteilung.
a) Warum ist der Luftaustausch bei einer
Inversionswetterlage behindert?
b) Erkläre den Begriff Smog.
Höhe
in m
300
1 2
1 normale Temperaturverleilung
2 Temperaturumkehr bei Inversion
Temperatur
Ci;
>
o
c
c
III
:I:
I
.c
E
a;
"0
Q)
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.s:::
c.>
rn
C1l
g; ...

..Vergleich der Atommodelle
Ergänze die Tabelle.
Atommodell wesentliche Aussagen des Modells
Kugel-Modell
JOHN DALTON
(1766-1844)
Kern-Hülle-Modell
ERNEST RUTHERFORD
(1871-1937)
SChalen-Modell
NIELS BOHR
(1885-1962)

Metallische Bindung - Eigenschaften der Metalle
1. Ergänze folgenden Lückentext :
Der weitaus größte Teil der chemischen Elemente sind . Zu ihnen gehören die Hälfte
aller Hauptgruppenelemente und alle _________elemente. Sie zeichnen sich durch fol­
gende charakteristische Eigenschaften aus: Sie die und den
Strom sehr gut. Typisch sind auch die Verformbarkeit und der
__________. Die besonderen Eigenschaften der hängen mit dem Bau der
_____ und der Anordnung der in den Metallgittern zusammen.
2. Um die Eigenschaften der Metalle erklären zu
können, hat man das Elektronengas-Modell entwickelt.
Nach diesem Modell sind die Metall-Atome
und Metall-Ionen in einen "See" von frei beweglichen
Elektronen (Elektronengas) eingelagert. Die
Elektronen gehören dadurch dem gesamten
Metallgitterverband an.
a) Zeichne den Aufbau eines Metalls nach dem
Elektronengas-Modell.
b) Erkläre die gute elektrische Leitfähigkeit der
Metalle mit Hilfe des Elektronengasmodells.
3. Ergänze folgenden Lückentext zur plastischen Verformbarkeit von
Metallen:
Bei mechanischen Einwirkungen werden in einem Metall die
verschoben. Die Atomrümpfe stoßen sich ab,
weil sie vom zusammengehalten
werden. Die -struktur ändert sich nicht.
im

..Namen und Formeln von Oxiden
1. Ergänze den Lückentext.
Die Verbrennung ist eine , bei der Wärme frei wird ( _
Reaktion). Dabei reagiert ein Element mit . Das entstehende Produkt nennt man
___. Je nachdem ob ein Metall oder Nichtmetall mit Sauerstoff reagiert, unterscheidet man
___________________. Viele Elemente bilden mehrere Oxide, in denen sie
in unterschiedlicher vorliegen.
2. Ergänze die Tabelle. Nimm das Periodensystem zur Hilfe.
Nummer der Hauptgruppe I 1I 111 IV V VI VII VIII
Symbole von zwei Elementen
der Hauptgruppe
Anzahl der Außenelektronen
Wertigkeit gegenüber Sauerstoff
3. Die Namen der Oxide werden so gebildet, dass aus ihnen die Zusammensetzung hervorgeht. Bilde
die Namen der Oxide, die aus den folgenden Elementen entstehen.
Metalloxid: Nichtmefalloxid:
Name des Metalls(Wertigkeit)-oxid griechisches Zahlwort - Name des Nichtmetalls ­
griechisches Zahlwort ­ oxid
Beispiel: Kupfer(II)-oxid Beispiel: Distickstofftrioxid
Natrium: _ Kohlenstoff: _
Aluminium: _ Schwefel: _
4. Vervollständige die folgende Tabelle und gib die Formeln und Namen der Oxide an.
Symbole der
Elemente
Wertigkeit der
Elemente
k. g. V. Zahlenverhältnis
Formel Name
Cu 0 11 11 2 1 : 1 CuO Kupfer(II)-oxid
Pb 0 IV
P 0
S 0
CI 0
@ k. g. V. kleinstes gemeinsames Vielfaches
Kohlenstoffmonooxid

©
BI Vom Roheisen zum Stahl
1. Ergänze die fehlenden Begriffe und beantworte die gestellten Fragen.
(Sauerstoffblasverfahren, Elektrostahlverfahren, Frischen, Konverter, Roheisen, Stahlschrott, flüssiges
Roheisen, Graphit, Lichtbogen)
Ein Großteil des Roheisens wird durch ein als bezeichnetes Verfahren zu Stahl ver­
arbeitet. Dabei werden zwei bedeutende Verfahren unterschieden:
a) b) _
Um aus Roheisen Stahl zu gewinnen, bläst man beim verfahren in einem
birnenförmigen Schmelztiegel ( ) auf die Schmelze aus 70 %
____________ und 30 % _
Beim wird elektrische Energie von -Elektroden über
einen elektrischen auf das Metall übertragen.
a) Gib die Bestandteile des Roheisens an, die auf diese Weise entfernt werden.
b) Obwohl keine Wärme zugeführt wird, wird die Schmelze heißer. Erkläre dieses Phänomen.
c) Erläutere, weshalb Edelstähle, die nach diesem Verfahren gewonnen werden, einen höheren Anteil
an Legierungsmetallen aufweisen.
2. Stelle in folgender Tabelle den Zusammenhang zwischen Kohlenstoffanteil, Eigenschaften und Verwendung
von Stählen dar.
Werkstoffe aus Roh- und Gusseisen besitzen einen Kohlenstoffgehalt von _ %; Stahl dagegen unter
__ %. In der Technik unterscheidet man Hunderte von Stahlsorten, die sich in ihren mechanischen
Eigenschaften wie und unterscheiden.
Kohlenstoffanteil Eigenschaften Verwendung

Modelle von Nichtmetallen und Nichtmetallverbindungen
1. Ergänze die Namen der dargestellten Nichtmetall-Moleküle und ihrer Verbindungen.
2. Illustriere die Molekülmodelle farbig. Wähle dabei folgende Farben: Sauerstoff rot, Wasserstoff grau,
Stickstoff blau, Schwefel gelb, Kohlenstoff schwarz und Chlor grün.
HCI (g)
co

Wir stellen schweflige Säure her
Versuch: Darstellung und Nachweis
von schwefliger Säure
Materialen: Erlenmeyerkolben, Verbrennungslöffel
mit Gummistopfen, Spatel, Gasbrenner;
Schwefel, Universalindikator-Lösung, Wasser
Durchführung:
1. Fülle den Erlenmeyerkolben mit wenig Wasser Schwefel
und gib drei Tropfen Universalindikator-Lösung
in das Wasser.
2. Gib in den Verbrennungslöffel eine Spatelspitze
Schwefel.
3. Entzünde den Schwefel in der Brennerflamme. Vorsicht, es entsteht ein giftiges Gas (T)!
Sobald der Schwefel brennt, wird der Verbrennungslöffel sofort in den Erlenmeyerkolben gehalten und
mit dem Stopfen dicht verschlossen.
4. Nach dem Erlöschen der Schwefelflamme wird der Kolben leicht geschwenkt. Notiere deine Beobachtungen.
5. Der Kolben bleibt verschlossen. Eventuell nicht gelöstes Gas wird vom Lehrer im Abzug entsorgt.
Auswertung:
a) Notiere deine Beobachtungen.
b) Stelle für die Verbrennung des Schwefels und das Lösen des Gases in Wasser die Wortgleichungen
sowie die Reaktionsgleichungen auf.
c) Stelle die Reaktionsgleichungen für die stufenweise Dissoziation der schwefligen Säure auf und fasse
die Stufen in einer Reaktionsgleichung zusammen.

Bindungsarten und Stoffeigenschaften im Vergleich
Fülle die freien Felder aus.
Bindungsart Ionenbindung Elektronenpaarbindung Metallbindung
Beispiel
Art der Teilchen
Steinsalzkristall Brom
Silberkristall
Kationen und Anionen Moleküle
Art der Bindung elektrische Anziehungskräfte elektrische Anziehungskräfte
zwischen den positiv und zwischen den Metallionen
negativ geladenen Ionen und den freien Elektronen
Schmelz- und meist niedrig; meist hoch;
Siedetemperaturen viele Molekülverbindungen fast alle Metalle sind bei
sind bei Raumtemperatur Raumtemperatur fest
gasförmig oder flüssig
Löslichkeit meist unlöslich in Wasser,
aber gut löslich in
organischen Lösungsmitteln
Verformbarkeit unterschiedlich
elektrische leiten als Schmelze und
Leitfähigkeit als wässrige Lösungen;
werden durch Gleichstrom
zersetzt (Elektrolyse);
feste Ionenverbindungen
sind Nichtleiter

Arbeitsheft
9.110. Klasse
Schroedel
•
I

Arbeitsheft
Chemie
9.110. Klasse
Bearbeitet von:
Rosemarie Förster, Chemnitz
Dieter Matthe, Dresden
Brigitta Rieck, Leipzig
Claas Riedei, Dresden
Unter Mitarbeit
der Verlagsredaktion
Grafik:
Claas Riedel
Volkmar Rinke
Günter Schliert
Uwe Wiegand
Dr. Monika Scholz-Zemann
Bildquellenverzeichnis :
S. 9: Gesellschaft deutscher Chemiker, Frankfurt am Main
S. 63: Fonds der chemischen Industrie, Frankfurt am Main
Fotografie:
Hans Tegen
ISBN 3-507-76758-9
© 1999 Schroedel Verlag
im Bildungshaus Schroedei Diesterweg Bildungsmedien GmbH & Co. KG, Hannover
Alle Rechte vorbehalten. Dieses Werk sowie einzelne Teile desselben sindurheberrechtlich geschützt.
Jede Verwertung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen ist ohne vorherige schriftliche
Zustimmung des Verlages nicht zulässig.
Druck A 6 5 4 3 /Jahr 2007 2006 2005 2004
Alle Drucke der Serie A sind im Unterricht parallel verwendbar, da bis auf die Behebung
von Druckfehlern unverändert. Die letzte Zahl bezeichnet das Jahr dieses Druckes.
Satz/Repro: Druckhaus "Thomas Müntzer" GmbH, Bad Langensalza
Druck: Oeding Druck GmbH, Braunschweig

Inhaltsverzeichnis
Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen
Kohlenstoff - Nichtmetall in drei Formen 1
Oxide des Kohlenstoffs. . . . . . 2
Fußbälle aus Kohlenstoffatomen . 3
Wir bauen ein Fulleren-Molekül 4
Hartes Wasser -Kesselstein .. 5
Wie entstehen Tropfsteine? .. . 6
Technische Gewinnung von Branntkalk 7
Der technische Kalkkreislauf ..... 8
Kohlenwasserstoffverbindungen
Was ist organische Chemie? 9
Entstehung von Erdöl und Erqgas 10
Methan - das einfachste Alkan . 11
Molekülbau und homologe Reihe
der Alkane . . . . . . . . . . . . 12
Benennung von Alkanen . . . . . 13
Alkane reagieren mit Brom - Substitution 14
Halogenalkane und Ozon .... 15
Vom Halogenalkan zum Alken ­
Eliminierung 16
Molekülbau und homologe Reihe der Alkene 17
Alkene reagieren mit Brom - Addition 18
Molekülbau und homologe Reihe der Alkine 19
Ringförmige Kohlenwasserstoffe . . . 20
Vergleich der kettenförmigen Kohlenwasserstoffe
21
Übersicht: Reaktionsarten der
organischen Chemie . . . . . 22
Von Erdöl und Kohle zu den Alkenen 23
Aufgabensammlung 24
Organische Sauerstoffverbindungen
lVIolekülbau und homologe Reihe
der Alkohole 25
Zusammenhang von Struktur
und Löslichkeit von Ethanol . 26
Alkoholische Gärung . . . . . 27
Mehrwertige Alkohole und ihre Eigenschaften 28
lVIolekülbau und homologe Reihe
der Alkanale .........,.... 29
Darstellung und Nachweis von Ethanal 30
lVIolekülbau und homologe Reihe
der Alkansäuren 31
Struktur und Eigenschaften der Alkansäuren 32
Übersicht: Carbonsäuren . . . . . 33
Darstellung von Estern . . . . . . 34
Ester - Bildung, Molekülbau und
Verwendung 35
Seifenherstellung . . . . . . . . . 36
Sauerstoffderivate der Kohlenwasserstoffe
(I) 37
Sauerstoffderivate der Kohlenwasserstoffe
(11) .... . . 38
Kreuzworträtsel 39
Aufgabensammlung 40
Natur- und Kunststoffe
Glucose. . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Vom Monosaccharid zum Disaccharid . 42
Nachweis und Abbau von Stärke . . . 43
Kohlenhydrate im Überblick . . . . . . 44
Gesättigte und ungesättigte Fettsäuren 45
Von der Aminosäure zum Peptid ... 46
Proteine - eine haarige Sache. . . . . 47
Vergleich der Sechsring-Verbindungen 48
Übersicht:
Makromolekulare Verbindungen . . . . 49
Die Struktur bestimmt die Eigenschaft . 50
Identifizierung von Kunststoffen . . . 51
Polymerisation und Polykondensation 52
Bezeichnung und Verwendung von
Kunststoffen 53
Natur- und Kunststoffe im Überblick 54
Rätselschlange . . . 55
Aufgabensammlung 56

Schwefel - Phosphor - Stickstoff
Schwefel und Phosphorzwei
feste Nichtmetalle 57
Wie gewinnt an Schwefel?
Wasserstoff- und Sauerstoffverbindungen
58
des Schwefels . . . . . . . . . . . . . . 59
Vom Schwefel zur Schwefelsäure . . . . 60
Struktur und Eigenschaften von Ammoniak 61
Ammonium-Verbindungen . . . . . . . .
Chemische Grundlagen der Ammoniak-
62
synthese .. . . . . . . . . . . . . . . . 63
Technische Durchführung der Ammoniaksynthese
" . . . . . . . . . . . . . . 64
Nitrate 65
Protokoll einer Düngemittelbestimmung 66
"Papa, Charly hat gesagt " 67
Aufgabensammlung 68

I:B Fußbälle aus Kohlenstoffatomen
Kohlenstoff ist ein erstaunlich vielseitiges Element.
Er kommt als weicher, schwarzer Graphit, aber
auch als extrem harter, funkelnder Diamant vor.
Die gegensätzlichen Eigenschaften dieser Stoffe
lassen sich auf die jeweils unterschiedliche Verknüpfung
der Kohlenstoffatome zurückführen.
Doch das ist noch nicht alles,
was dieses Element zu bieten
hat. Seit einigen Jahren beschäftigt
viele Forscher nämlich noch
eine weitere, eine dritte Erscheinungsform
des festen Kohlenstoffs.
Es sind schwarze Kristalle,
die aus kugelförmigen Kohlenstoffmolekülen
aufgebaut sind.
Diese Moleküle sind das eigentlich
Sensationelle an dieser
neuen Form des Kohlenstoffs. Sie bestehen im
Idealfall aus genau 60 Kohlenstoffatomen. Diese
sind zu 20 regelmäßigen Sechsecken und 12 Fünfecken
verknüpft und bilden so ein fast perfekt rundes,
käfigartig hohles Gebilde.
Nach dem in Amerika
sehr bekannten Architekten
Buckminster Fuller,
der nach dem gleichen
Bauprinzip große Hallen
konstruiert hat, werden
diese Moleküle Fullerene
genannt.
Solche geometrischen
Formen sind uns übrigens
auch aus dem Alltag
bekannt: Fußbälle, die ja
auch möglichst perfekt
rund sein sollen, sind ganz entsprechend aus 20
sechseckigen und 12 fünfeckigen Lederstückchen
zusammengenäht.
Im Jahr 1990 hatten Physiker vom Max-Planck­
Institut in Heidelberg aus Graphit im Lichtbogen
zum ersten Mal Fullerene hergestellt.
Den Anstoß zu dieser Entdeckung
hatten Astrochemiker
gegeben, die schon seit längerer
Zeit solche Kohlenstoffmoleküle
im Weltall vermutet hatten.
Inzwischen können die Fullerene
bereits in größeren Mengen hergestellt
werden.
Die Chemiker hat ein wahres
"Fulleren-Fieber" gepackt, denn
Fullerene haben einige bemerkenswerte
Eigenschaften. Sie
lösen sich im Unterschied zu
Diamant und Graphit in organischen
Lösungsmitteln. Ins Innere
der Kugelmoleküle können Teilchen
anderer Stoffe eingebracht
werden. Durch den Einbau von
Metall- oder Nichtmetallatomen
können die unterschiedlichsten
Eigenschaften hervorgerufen
werden, wie Supraleitfähigkeit,
Magnetismus (ohne Eisen),
Gleitfähigkeit u. a.
Es wird auch an einem Verfahren gearbeitet,
künstliche Diamanten aus Fullerenen herzustellen.
Bisher werden Industriediamanten noch unter
extremen Druck- und Temperaturbedingungen aus
Graphit hergestellt.

__ Wir bauen ein Fulleren-Modell
Dies ist eine Vorlage
zur Herstellung eines
e6o -Fulleren-Modells
aus Papier.
Es setzt sich aus zwölf Fünfecken
und zwanzig Sechsecken
zusammen. An jeder
Ecke des Modells muss man
sich ein Kohlenstoffatom
denken. Insgesamt bilden
60 Kohlenstoffatome ein
einziges großes Molekül..
Die späteren KnickstelIen
lassen sich übrigens
leichter umbiegen, wenn
man sie zuvor mit einem
spitzen Gegenstand
nachfährt (Scherenspitze).
Statt mit Klebstoff lässt sich
das Modell auch gut mit
transparenten Klebestreifen
zusammenbauen.
Viel Spaß beim Basteln!
Gi
> o
c

.. Hartes Wasser - Kesselstein
1. Fließt kohlenstoffdioxidhaltiges Wasser
durch kalkhaltiges Gestein, so löst es Calcium-Ionen
heraus. Es bildet sich hartes Wasser,
welches lösliches Hydrogencarbonat
enthält. Stelle die Reaktionsgleichung auf.
Achte dabei auf die Ionenschreibweise bei
den Reaktionsprodukten.
2. In Gebirgsgegenden gelangt hartes Wasser
in viele Haushalte. Dabei bildet sich
beim Erhitzen in Kesseln oder elektrischen
Geräten wie Kaffeemaschinen Kesselstein. Diese Ablagerung ist ein schwer lösliches Carbonat. Stelle für
die Bildung von Kesselstein die Reaktionsgleichung auf.
3. Warum muss der Kesselstein beseitigt werden?
4. Kalkablagerungen kann man mit Salzsäure, aber auch mit organischen Säuren, wie Essigsäure und
Zitronensäure, entfernen. Die im Handel käuflichen Enthärter enthalten meist solche Säuren.
a) Stelle die Reaktionsgleichung für das Entfernen von Kalk durch Salzsäure in Ionenschreibweise auf.
b) Wie kann das dabei entstehende Gas nachgewiesen werden?
c) Warum muss anschließend mit reinem Wasser nachgespült werden?
5. In den nördlichen Kalkalpen (z. B. in Österreich) enthält das Gestein neben Calciumcarbonat auch viel
Magnesiumcarbonat (Magnesit). Erkläre, wie aus diesem Gestein hartes Wasser und Kesselstein entstehen
können.

lIiII Methan - das einfachste Alkan 11 I
1. Die einfachsten organischen Verbindungen sind nur aus den Elementen
Kohlenstoff und Wasserstoff aUfgebaut. Man bezeichnet sie als Kohlenwasserstoffe.
Die einfachste Kohlenwasserstoffverbindung ist Methan
- der Hauptbestandteil des Erdgases. Durch Strukturuntersuchungen
weiß man, dass im Methan-Molekül ein Kohlenstoff-Atom mit vier Wasserstoff-Atomen
verbunden ist.
a) Gib die LEWIS-Formel (Strukturformel) für Methan an.
Stelle die Summenformel auf. Illustriere die Molekülmodelle farbig (Kohlenstoff-Atom:
schwarz; Wasserstoff-Atome: grau). Kalottenmodell
b) Gib Vorkommen, Eigenschaften und Verwendung von Methan an.
Kugel-Stab-Modell
2. Eine weitere Kohlenwasserstoftverbindung ist Ethan. In diesem Molekül sind zwei Kohlenstoff-Atome
direkt miteinander verbunden. Weitere Bindungen gehen diese Kohlenstoff-Atome mit Wasserstoff­
Atomen ein.
a) Zeichne in nebenstehen

BI Benennung von Alkanen
Neben Butan, das unter Normaldruck bei -1°C siedet, gibt es ein weiteres Alkan, das Isobutan. Es hat
die gleiche Summenformel wie Butan, siedet aber bereits bei -12°C. Es ist also wichtig die Alkane eindeutig
zu benennen.
1. Ergänze.
Alkane sind mit ______-bindungen im Molekül. Die
Namen werden aus einem und der Endung -__ gebildet. Der Wortstamm
gibt die Anzahl der -Atome im Molekül an.
Wortstamm Meth- Eth- Prop- Pent- Hept-
Anzahl der
Kohlenstoff-
Atome
4 6 8 9 10
2. Benenne oder gib die Summenformel für die folgenden Verbindungen an.
Nonan Hexan
3. Definiere den Begriff der Isomerie. Wodurch unterscheiden sich Isomere?
4. Zur Benennung von organischen Verbindungen dienen die "Genfer Nomenklaturregeln".
a) Vervollständige die folgende Tabelle.
Name des
Alkans
vereinfachte Strukturformel
des Alkans
Name des
Alkyl-Restes
Methan -CHs
CHs-CHs
Propyl­
b) Die folgenden Regeln sind bei der Benennung zu beachten. Vervollständige.
vereinfachte Strukturformel
des Alkyl-Restes
Regel Beispiel Strukturformel
Die längste Kette bestimmt den
Stammnamen des Alkans.
Die Namen der Alkyl-Reste werden
dem Stammnamen vorangestellt.
CHs-?H-CH 2 -CH 2 -CHs
CHs
CHs-yH-CH 2 -CH 2 -CH s
c) Gib die Namen der Verbindungen an.
CH
s
-CH-CH -CH CHs -CH2 -CH-CH2-CH2 -CH
I 2 s
s
I
CHs CHs d) Gib in deinem Hefter alle Isomere mit der Formel CSH14 an und benenne sie.
CHs

Molekülbau und homologe Reihe der Alkene
1. Vervollständige die verschiedenen Modelldarstellungen des Alkens Ethen.
a) und b) Male die Atome farbig aus (Kohlenstoff schwarz und Wasserstoff grau) und gib zusätzlich im
Feld b) den Bindungswinkel zwischen den Atomen an.
c) Zeichne die bindenden Elektronenpaare ein.
d) Formuliere die vereinfachte Strukturformel und die Summenformel von Ethen.
a) Kalottenmodell b) Kugel-Stab-Modell
c) vollständige Strukturformel
H H
d) vereinfachte Struktur- und Summenformel c c
H H
2. Gib die Bindungsart zwischen den
Kohlenstoff-Atomen im Ethen-Molekül an.

1.(JY)
-:;1
Vergleich der kettenförmigen Kohlenwasserstoffe
2. 3.
Die dir bekannten kettenförmigen Kohlenwasserstoffe sind Alkane, Alkene und Alkine.
1. Benenne die in der Abbildung dargestellten Moleküle und stelle die Summenformeln auf. Ordne diese
der jeweiligen Stoffgruppe zu. Illustriere farbig.
2. Gib Gemeinsamkeiten dieser drei Stoffgruppen an.
3. Vervollständige die folgende Tabelle.
Endung der
Namen
allgemeine
Summenformel
Strukturmerkmal
typische
Reaktionsarten
Nachweisreaktion
Alkane Alkene Alkine

Übersicht: Reaktionsarten der organischen Chemie
Für Reaktionen in der organischen Chemie sind drei Reaktionsarten typisch: Substitution, Addition und
Eliminierung.
1. a) Ergänze die folgende Tabelle und ziehe Schlussfolgerungen.
allgemeine Gleichung mit den
Stoffen A, B, C
Anzahl der Ausgangsstoffe
Anzahl der Produkte
Mehrfachbindung liegt vor in
einem ...
Strukturmerkmal der/des
Ausgangsstoffe/-s
Energiebilanz
-
Name der Reaktion mit
Wasserstoff
Reaktionsgleichung für ein
selbst gewähltes Beispiel
Schlussfolgerung:
Additionsreaktion Eliminierungsreaktion
2. a) Gib die Unterschiede zwischen Additionsreaktion, Eliminierungsreaktion und Substitutionsreaktion
an.
b) Stelle für ein selbst gewähltes Beispiel die Gleichung für eine Substitutionsreaktion auf und begründe,
dass es sich um eine Substitutionsreaktion handelt. Benenne die Produkte.

ai
Ei
c
co
:r:
I
.c
E
o
Cl
co
ffi
>
Cii
"C
Q)
e
..c:
t.l
Cf)
Molekülbau und homologe Reihe der Alkanale
1. Vervollständige die verschiedenen Modelldarstellungen des Alkanals Ethanal.
a) und b) Male die Atome farbig aus: Kohlenstoff schwarz, Sauerstoff rot und Wasserstoff grau.
e) Zeichne die bindenden und nichtbindenden Elektronenpaare ein.
d) Formuliere die vereinfachte Strukturformel und die Summenformel von Ethanal.
a) Kalottenmodell b) Kugel-Stab-Modell
d) vereinfachte Struktur- und Summenformel
c) vollständige Strukturformel
2. Gib den Namen und die Formel der funktionellen Gruppe der Alkanale an.
3. Vervollständige die Tabelle der ersten vier homologen Alkanale.
Alkohole Strukturformel Summenformel
Methanal
(Formaldehyd)
Ethanal
(Acetaldehyd)
Propanal
-
01
H-C1'
"­
H
-
H H 01
I I l'
H-C-C-C
I I "­
H H H
Schmelztemperatur
Butanal C 3 HyCHO -99°C 76°C
(J)
(J)
(J)
,..
@ 4. Formuliere die allgemeine Summenformel der Alkanale.
H o
H c c H
H
Siedetemperatur
Aggregatzustand
bei 20 oe
-81°C 49°C (t)

Sauerstoffderivate der Kohlenwasserstoffe (11)
Die Sauerstoffderivate der Kohlenwasserstoffe lassen sich leicht ineinander umwandeln.
1. a) Trage die Struktuliormeln der drei Stoffe in die Kästchen ein und gib die Oxidationszahlen der Kohlenstoff-Atome
an.
b) Nenne die Reaktionsart für die Umwandlung einer Stoffgruppe in die andere.
Alkohol
Alkanal
Propanol Propanal
2. Stelle für folgende Reaktionen die Reaktionsgleichungen auf.
a) Propanol wird mittels Kupfer(II)-oxid zu Propanal umgesetzt.
b) Propanol wird mittels Luftsauerstoff katalytisch zu Propansäure umgesetzt.
c) Propanol wird vollständig verbrannt.
Alkansäure
Propansäure
d) Propan-2-ol wird mittels Kupfer(II)-oxid zur Reaktion gebracht. Bezeichne das Reaktionsprodukt. Zu
welcher Stoffklasse gehört es?
e) Kann Propan-2-ol oder Propanon zu Propansäure oxidiert werden? Begründe deine Antwort.
f) Stelle die Reaktionsgleichung für die vollständige Oxidation von Propan-2-ol auf.
g) Formuliere die Reaktionsgleichung für die Hydrierung von Propanal.
3. Zeige an einem Beispiel, dass auch Stoffe mit verschiedenen funktionellen Gruppen miteinander reagieren
können. Gehe von Propanol und Propansäure aus. Stelle die Reaktionsgleichung auf und benenne
das Reaktionsprodukt sowie die Reaktionsart.

Übersicht: Makromolekulare Stoffe
1. Trage die folgenden Begriffe in die vorgegebene Übersicht ein, so dass die Einteilung makromolekularer
Stoffe deutlich wird.
Duroplaste, Eiweiße, Elastomere, Kunststoffe, Makromolekulare Stoffe, Naturstoffe, Phenoplaste, Polypeptide,
Polysaccharide, Polyvinylchlorid, Stärke, synthetischer Kautschuk, Thermoplast
Beispiel: Beispiel: Beispiel: Beispiel:
Beispiel:
2. Nenne die Monomeren (Grundbausteine), aus denen die genannten makromolekularen Stoffe aufgebaut
sind.
I
Makromolekulare Stoffe Monomere
Polypeptide
Polysaccharide
Cellulose
Polyethylen
Polyvinylchlorid
Phenoplast
synthetischer Kautschuk
Silicone
3. Vergleiche die Eigenschaften von makromolekularen Stoffen mit denen der entsprechenden Monomeren.
Größe der
Molekülmasse
Einheitlichkeit der
Molekülmasse
Verhalten beim
Erwärmen
Schmelz- und
Siedetemperatur
Monomer Makromolekularer Stoff

Natur- und Kunststoffe im Überblick
1. Ergänze in der Übersicht die Summenformel (bzw. zusammengefasste Summenformel) und die Stoffklasse
der abgebildeten Molekülmodelle.
2. Illustriere die Molekülmodelle farbig. Wähle dafür folgende Farben: Sauerstoff rot, Wasserstoff grau,
Stickstoff blau, Chlor grün und Kohlenstoff schwarz.
Stoffklasse:
Stoffklasse:
Stoffklasse:
CI,
Stoffklasse:
Stoffklasse:
CI CI CI CI CI
R
K ···
••• NH 0
Stoffklasse:
.....
Q;
Ei c
C

11II Rätselschlange
16
15
22
26
30
27
33
29
21
17
32
14 13
25
18
28
20
23
10
11
551
35 chemische Begriffe sind im Uhrzeigersinn in die Felder des Rätsels einzusetzen. Der Endbuchstabe des ersten
Wortes ist gleichzeitig der erste Buchstabe des zweiten Wortes, usw.
1. Reaktionsart zur Bildung makromolekularer Stoffe, 2. handelsüblicher Name einer synthetischen Faser, 3. Name
der Salze der Salpetersäure, 4. handelsübliche Bezeichnung der Glucose, 5. Verfahren zur Wiederverwendung von
Abfällen, 6. Monosaccharid, 7. Eigenschaft von Kautschuk, 8. Addition von Wasserstoff, 9. Abbau von Glucose zu
Ethanol (ä=ae), 10. Name der einfachsten Aminosäure, 11. Kohlenstoff ist ein ... , 12. Mitbegründer der organischen
Chemie, 13. Edelmetall, 14. nicht verformbare Kunststoffart, 15. räumliche Struktur von Alkanen, 16. andere
Bezeichnung für Atomgruppe, 17. wässrige Lösung eines Hydroxids, 18. natürliche Makromoleküle (Einzahl), 19. wissenschaftliche
Bezeichnung des Rübenzuckers, 20. Elemente der achten Hauptgruppe (Einzahl), 21. Reaktionsart,
22. Sprengstoff auf der Basis von Glycerin, 23. Metall in der ersten Hauptgruppe, 24. Baustein der polymeren Stoffe,
25. Englischer Physiker, der zu Beginn des 20. Jahrhunderts ein Atommodell entwickelte, 26. Produkt der Reaktion
von zwei Aminosäuren, 27. Gerinnen von Eiweißen, 28. Alkohol mit drei Hydroxylgruppen, 29. chemische Reaktion
zur Identifizierung von Stoffen, 30. Nichtmetall, welches am Aufbau von Siliconen beteiligt ist, 31. Disaccharid,
32. andere Bezeichung für Reaktionsprodukt, 33. wissenschaftliche Bezeichnung von Fruchtzucker, 34. chemische
Reaktion, bei der Energie abgegeben wird, 34. Einheit der Stoffmenge
Beim richtigen Schütteln der grau markierten Buchstaben ergibt sich eine weitere wichtige Reaktionsart zur Bildung
von makromolekularen Stoffen.

@
Schwefel und Phosphor - zwei feste Nichtmetalle
1. Schwefel findet man in der Natur in der Nähe von Vulkanen. Darüber
hinaus kommt er in schwefelhaltigen Gesteinen vor. Fester
Schwefel tritt in zwei Kristallstrukturen auf. Große Mengen dieses Elements
fallen bei der Entschwefelung von Erdgas und Erdöl an. Bereits
vor 2000 Jahren wurde er für die Salbenherstellung verwendet.
Besondere Bedeutung hat er als Bestandteil des Schießpulvers.
a) Nenne die Eigenschaften von Schwefel.
b) Schwefel bildet wie alle Nichtmetalle Moleküle. Beschreibe die
Anordnung der Atome im Molekül mit Hilfe nebenstehender Abbildung.
Gestalte die Abbildung farbig.
c) Beim Erwärmen von Schwefel verändert sich die Farbe und der
Aggregatzustand. Beschreibe die Reihenfolge der Veränderungen.
2. Phosphor findet man im Gegensatz zu Schwefel nicht in der
Natur. Jedoch sind Phosphorverbindungen, besonders die Phosphate,
lebensnotwendig. Phosphor kommt in mehreren Modifikationen
vor. Man bezeichnet sie nach der Farbe als roten und weißen Phosphor.
a) Ergänze die folgende Tabelle. b) Der Aufbau
weißer ! roter
des weißen
Phosphors ist
phosphor I Phosphor die Ursache für
Schmelztemperatur
bei 600 oe
unter Druck
die Reaktionsfreudigkeit.
Begründe und beschreibe den Aufbau mit Hilfe der
Siedetemperatur
sublimiert
Abbildung. Beachte die Anzahl der Außenelektronen
des Phosphor-Atoms.
Entzündungstemperatur
Verhalten
an der Luft
Giftigkeit
ca. 400 oe

Chemische Grundlagen der Ammoniaksynthese
Im Jahre 1898 prophezeite der englische Physiker CROOKES eine weltweite Hungersnot, wenn es nicht
bald gelänge, Stickstoffdünger für die Landwirtschaft herzustellen. Vor dem 1. Weltkrieg machte der deutsche
Botaniker Pfeffer darauf aufmerksam, "dass im Kriegsfalle ... die englische Flotte nur die Zufuhr
von Chilesalpeter nach Deutschland verhindern ..." müsste, um den Kampf zu entscheiden. Chilesalpeter
(Natriumnitrat) war die Grundlage für Schießpulver.
Doch alle Versuche, Ammoniak aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff herzustellen, blieben
zunächst erfolglos, denn die Elemente reagieren nur sehr schwer miteinander. 1909 führte HABER in
einem Labor die erste Ammoniaksynthese bei einer Temperatur von 200°C, einem Druck von 20 MPa
(200 bar) und mit Osmium als Katalysator durch. CARl BOSCH entwickelte das Verfahren zur technischen
Reife. Seit 1913 wird Ammoniak nach dem HABER-BOSCH-Verfahren aus den Elementen gewonnen.
1. Zur Gewinnung der reinen Ausgangsstoffe verwendet man heute Erdgas (Methan), aus dem man Wasserstoff
herstellt, und Luft zur Gewinnung von Stickstoff. Kohlenstoffmonooxid wird durch Reaktion mit
Wasser entfernt, wodurch der größte Anteil an Wasserstoff für die Ammoniaksynthese entsteht. Gib die
Reaktionsgleichungen an.
a) Gewinnung von Wasserstoff aus Methan:
(Methan) + (Wasser) ----7
b) Gewinnung von Stickstoff aus Luft:
(Methan) + (Luft) ----7
c) Entfernung von Kohlenstoffmonooxid (Konvertierung):
HABERs Versuchsanlage
2. Gib die Reaktionsgleichung und die Reaktionsart für die Ammoniaksynthese an.
Reaktionsgleichung: _
3. Die Ammoniaksynthese ist eine katalysierte Gleichgewichtsreaktion. Gib mit Hilfe des Prinzips von lE
CHATELIER die günstigsten Bedingungen (Temperatur, Druck, Konzentration) für die Gewinnung einer
hohen Ausbeute an Ammoniak an. Begründe diese.
4. Begründe, weshalb bei der Ammoniaksynthese der Einsatz eines Katalysators besonders wichtig ist.
Welche Auswirkungen hat der Einsatz auf die Reaktionstemperatur?

Lösungsheft
•
I
7.-10. Klasse
Schroedel

Inhaltsverzeichnis zu Lösungen 9.110.Klasse
Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen
Kohlenstoff - Nichtmetall in drei Formen 1
Oxide des Kohlenstoffs. . . . . . 2
Fußbälle aus Kohlenstoffatomen . 3
Wir bauen ein Fulleren-Molekül 4
Hartes Wasser - Kesselstein .. 5
Wie entstehen Tropfsteine? ... 6
Technische Gewinnung von Branntkalk 7
Der technische Kalkkreislauf ..... 8
Kohlenwasserstoffverbindungen
Was ist organische Chemie? 9
Entstehung von Erdöl und Erdgas 10
Methan - das einfachste Alkan . 11
Molekülbau und homologe Reihe
der Alkane . 12
Benennung von Alkanen . . . . . 13
Alkane reagieren mit Brom - Substitution 14
Halogenalkane und Ozon .... 15
Vom Halogenalkan zum Alken ­
Eliminierung . 16
Molekülbau und homologe Reihe der Alkene 17
Alkene reagieren mit Brom - Addition 18
Molekülbau und homologe Reihe der Alkine 19
Ringförmige Kohlenwasserstoffe . . . 20
Vergleich der kettenförmigen Kohlenwasse
rstoffe . 21
Übersicht: Reaktionsarten der
organischen Chemie . . . . . 22
Von Erdöl und Kohle zu den Alkenen 23
Organische Sauerstoffverbindungen
Molekülbau und homologe Reihe
der Alkohole 25
Zusammenhang von Struktur
und Löslichkeit von Ethanol . 26
Alkoholische Gärung . . . . . 27
Mehrwertige Alkohole und ihre Eigenschaften 28
Molekülbau und homologe Reihe
der Alkanale 29
Darstellung und Nachweis von Ethanal 30
Molekülbau und homologe Reihe
der Alkansäuren .. . . . . . . . . . . 31
Struktur und Eigenschaften derAlkansäuren 32
Übersicht: Carbonsäuren . . . . . 33
Darstellung von Estern . . . . . . 34
Ester ­ Bildung, Molekülbau und
Verwendung........... 35
Seifenherstellung . . . . . . . . . 36
Sauerstoffderivate der Kohlenwasserstoffe
(I) 37
Sauerstoffderivate der Kohlenwasserstoffe
(11) ... 38
Kreuzworträtsel 39
Natur- und Kunststoffe
Glucose................. 41
Vom Monosaccharid zum Disaccharid . 42
Nachweis und Abbau von Stärke . . . 43
Kohlenhydrate im Überblick . . . . . . 44
Gesättigte und ungesättigte Fettsäuren 45
Von der Aminosäure zum Peptid . . . 46
Proteine - eine haarige Sache. . . . . 47
Vergleich der Sechsring-Verbindungen 48
Übersicht:
Makromolekulare Verbindl,mgen . . . . 49
Die Struktur bestimmt die Eigenschaft. 50
Identifizierung von Kunststoffen . . . 51
Polymerisation und Polykondensation 52
Bezeichnung und Verwendung von
Kunststoffen 53
Natur- und Kunststoffe im Überblick 54
Rätselschlange . . . . . . . . . . . 55

_ Schwefel - Phosphor - Stickstoff
Schwefel und Phosphor ­
zwei feste Nichtmetalle . 57
Wie gewinnt an Schwefel? . 58
Wasserstoff- und Sauerstoffverbindungen
des Schwefels . . . . . . . . . . . . . . 59
Vom Schwefel zur Schwefelsäure .... 60
Struktur und Eigenschaften von Ammoniak 61
Ammonium-Verbindungen . . . . . . . . 62
Chemische Grundlagen der Ammoniaksynthese
. 63
Technische Durchführung der Ammoniaksynthese
. 64
Nitrate . 65
Protokoll einer Düngemittelbestimmung 66
"Papa, Charly hat gesagt ..." . . . . . 67