Musterlösungen zum Schülerband. 1 Stoffe und Stoffänderungen

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2 Musterlösungen zum Schülerband 1 Stoffe und Stoffänderungen Stoffe, Teilchen, Eigenschaften Werner Eisner Paul Gietz Axel Justus Klaus Laitenberger Hildegard Nickolay Werner Schierle Bärbel Schmidt Michael Sternberg Thorsten Zippel Ernst Klett Verlag Stuttgart Leipzig Elemente Chemie NRW 1A - Musterlösungen zum Kapitel Stoffe und Stoffänderungen - 1 2

3 Autoren Werner Eisner Paul Gietz Axel Justus Klaus Laitenberger Hildegard Nickolay Werner Schierle Bärbel Schmidt Michael Sternberg Thorsten Zippel Zeichnungen / Illustrationen Karin Mall, Berlin Jörg Mair, München Tom Menzel, Rohlsdorf 1. Auflage, 2009 Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Hinweis zu 52 a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung eingescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen.Fotomechanische Wiedergabe nur mit Genehmigung des Verlages. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart Alle Rechte vorbehalten. Internetadresse: ISBN Elemente Chemie NRW 1A - Musterlösungen zum Kapitel Stoffe und Stoffänderungen - 1 3

4 A1 L1 A2 L2 A3 L3 Beim Erhitzen von Wasser entweicht die darin gelöste Luft. Was folgt daraus für die Löslichkeit von Luft in Wasser? Die Löslichkeit von Luft in Wasser ist temperaturabhängig. Je höher die Temperatur ist, desto geringer ist die Löslichkeit. 23 cm 3 eines Stoffes haben eine Masse von 181 g. Berechne die Dichte. Um welchen Stoff könnte es sich dabei handeln (Kap 1.11, S. 34)? Hinweis: Im Anhang des Buches auf Seite 167 findet sich eine Tabelle zu den wichtigsten Größen und Einheiten in der Chemie. m ρ = ; m (unbek. Stoff) = 181 g; V (unbek. Stoff) = 23 cm 3 V 181g g ρ ( unbek. Stoff ) = = 7, cm cm Bei dem unbekannten Stoff könnte es sich um Eisen handeln (vgl. Kap. 1.11, B5). Eine scharfe Schlussfolgerung kann jedoch nicht vollzogen werden. Die Dichte allein reicht nicht aus, um den Stoff sicher zu identifizieren, dafür müssten weitere Eigenschaften des Stoffes bekannt sein. Der antike Mathematiker und Physiker Archimedes ( v. Chr.) erhielt von dem Herrscher von Syrakus den Auftrag, eine goldglänzende Krone auf ihre Reinheit zu untersuchen. Bestand sie aus reinem Gold oder war es Fälschung, bei der ein anderer, weniger wertvoller Stoff lediglich mit einer dünnen Goldschicht überzogen wurde? Die Krone darf nicht zerstört werden. Wie kann man vorgehen? a) Vorraussetzung: Die Dichte des Goldes ist bekannt. Der Lösungsweg besteht darin, die Dichte der Krone zu ermitteln und mit der Dichte des Goldes zu vergleichen. Die Masse der Krone wird durch Wiegen bestimmt. Dann wird das Volumen der Krone ermittelt, indem man das Volumen an Wasser, was sie verdrängt, misst. Dazu gibt es natürlich keinen passenden Messzylinder. Daher wird die Krone in ein randvoll gefülltes Gefäß getaucht und das überlaufende Wasser wird aufgefangen und mit einem Messzylinder abgemessen. Aus der Masse und dem Volumen der Krone lässt sich die Dichte ausrechnen. Weicht die Dichte von der des Goldes ab, handelt es sich um eine Fälschung. Stimmt sie mit der des Goldes überein, besteht sie höchstwahrscheinlich aus reinem Gold. Ein Fälscher könnte allerdings durch Zusammenschmelzen zweier Metalle eine Legierung mit gleicher Dichte herstellen. Jedoch steht ein preiswertes Metall mit einer größeren Dichte als Gold nicht zur Verfügung. b) Vorraussetzung: Ein Stück reinen Goldes mit der gleichen Masse wie die Krone steht zur Verfügung. Nach der unter a) beschriebenen Methode werden die Volumina beider Gegenstände bestimmt und miteinander verglichen. Nur wenn beide Werte übereinstimmen, handelt es sich bei dem Material, aus der die Krone gefertigt ist, um reines Gold. Mit dieser Methode soll Archimedes gearbeitet haben. Elemente Chemie NRW 1A - Musterlösungen zum Kapitel Stoffe und Stoffänderungen - 1 4

5 B3 zu Aufgabe 4 A4 L4 Die in [B3] abgebildeten Getränkeflaschen befinden sich in einem mit Wasser gefüllten Gefäß. Material und Volumen der Flaschen sind gleich. Sie sind mit jeweils 0,5 l Getränk gefüllt. Recherchiere, worauf der Unterschied zurückzuführen ist. Die Dichte der Cola-Getränke wird wesentlich von ihrem Zuckergehalt beeinflusst (Kap. 1.11). Das Cola-Getränk in der Flasche mit dem roten Etikett hat wegen des Zuckergehaltes eine höhere Dichte als die des Cola-light-Getränkes mit silbrigem Etikett, das stattdessen Süßstoffe enthält. Beide Flaschen enthalten Getränkeportionen mit gleichem Volumen, aber unterschiedlicher Masse. Das führt dazu, dass die resultierende Dichte der gefüllten Cola-Flaschen (Flaschenmaterial, Verschluss, Flüssigkeit, eingeschlossenes Gas) in dem einen Fall größer als die des umgebenden Wassers ist, im anderen Fall jedoch kleiner ist. Die Flasche mit der größeren Dichte sinkt zu Boden, die andere schwimmt an der Oberfläche. A5 L5 Der Duft eines Parfüms, das in einem offenen Gefäß auf den Tisch gestellt wird, ist nach einiger Zeit im ganzen Raum wahrnehmbar, ohne dass eine Luftströmung vorhanden ist. a) Nenne den Fachausdruck für diese selbstständig erfolgende Durchmischung. b) Erkläre die ablaufenden Vorgänge mit dem Teilchenmodell. a) Der Fachausdruck für diese Durchmischung heißt Diffusion. b) Das austretende, durch Verdunstung entstehende gasförmige Parfüm besteht wie auch die Luft aus kleinsten Teilchen, die in dauernder ungeordneter Bewegung sind. Benachbarte Teilchen stoßen häufig gegeneinander und ändern dadurch ihre Bewegungsrichtung. Teilchen des Parfüms und der Luft, die gegeneinander stoßen, werden so allmählich miteinander vermischt. A6 L6 Erstelle einen Steckbrief für Wasser. Der Steckbrief des Wassers kann etwa so aussehen: Farbe farblos Geruch ohne Geschmack ohne Zustandsform flüssig Erstarrungstemperatur 0 C Siedetemperatur 100 C Dichte 1 g/cm 3 Elektrische Leitfähigkeit keine Wärmeleitfähigkeit gut Lösungsmittel für Salze gut Elemente Chemie NRW 1A - Musterlösungen zum Kapitel Stoffe und Stoffänderungen - 1 5

6 A7 L7 A8 Wenn an manchen schönen Wintertagen die Sonne auf schneebedeckte Felder scheint, kann man beobachten, dass immer mehr Schnee verschwindet, obgleich die Temperatur bei Tag und Nacht weit unter der Gefriertemperatur liegt. Erkläre die Beobachtungen unter Anwendung des Kugelteilchenmodells. Das Eis sublimiert unter dem Einfluss der Sonnenstrahlen. Die Wärmezufuhr führt zu immer heftiger werdenden Vibrationen der Teilchen. Dadurch nehmen die mittleren Abstände zwischen den Teilchen zu. Da auf die Teilchen an der Oberfläche die Anziehungskräfte nicht gleichmäßig von allen Seiten einwirken, können einzelne Teilchen diese überwinden und den Teilchenverband verlassen. Gib an, welche Vorgänge durch die Begriffe Sublimation und Resublimation gekennzeichnet werden. L8 Sublimation: Übergang vom festen in den gasförmigen Zustand, ohne dass der Stoff schmilzt. Resublimation: Übergang vom gasförmigen in den festen Zustand, ohne dass der Stoff kondensiert. ϑ sd bedeutet: Siedetemperatur A9 L9 Schüttelt man die Kartusche eines Campingbrenners, spürt man, dass er eine Flüssigkeit enthält. Öffnet man das Ventil, entströmt ein Gas. Erkläre! Wenn man durch Schütteln einer Gaskartusche feststellt, dass eine Flüssigkeit hin- und herschwappt, bedeutet dies, dass der Brennstoff, z.b. Butan (ϑ sd = -1 C), teilweise in flüssigem und teilweise in gasförmigem Zustand vorliegt. Wird das Ventil in der üblichen Position geöffnet, strömt Gas aus, der Innendruck sinkt und die Flüssigkeit beginnt zu sieden. A10 Zeichne einen Versuchsaufbau, mit dessen Hilfe die elektrische Leitfähigkeit bestimmt werden kann. Gib an, welche der folgenden Stoffe den elektrischen Strom leiten: Kupfer, Glas, Gold, Graphit, Porzellan, Eisen. L10 Es wird eine Zeichnung angefertigt ähnlich wie in Kap. 1.2, S. 23, B4. Folgende Stoffe leiten den elektrischen Strom: Kupfer, Gold, Graphit, Eisen. B4 Versuchsanordnung zur Prüfung der elektrischen Leitfähigkeit von festen Stoffen (aus Kap. 1.2) Elemente Chemie NRW 1A - Musterlösungen zum Kapitel Stoffe und Stoffänderungen - 1 6

7 Horizonte Chemie im Kochtopf Ein Kochrezept für 100 g Spaghetti lautet: Fülle einen Topf etwa zur Hälfte mit ca. 1 l Wasser und salze dieses mit einem Teelöffel Salz (5 g). Bringe das Salzwasser dann zum Kochen und füge die Spaghetti hinzu. Lasse die Nudeln unter gelegentlichem Umrühren leicht sprudelnd weiterkochen. Nach 7-8 Minuten sind sie kernig-bissfest ( al dente ). Nach Belieben Spaghetti in Öl oder Butter schwenken und servieren. A11 Gib an, was man unter einer gesättigten Lösung versteht (vgl. Kap. 1.12, S. 36) L11 Eine gesättigte Lösung nimmt von dem zu lösenden Stoff nichts mehr auf. Bei weiterer Zugabe bildet sich Bodensatz. A12 Berechne, ob es sich bei dem gesalzenen Spaghettiwasser um eine gesättigte Lösung handelt. L g Wasser können ca. 36 g Kochsalz aufnehmen (Kap. 1.12, S. 36, B5). Dem Rezept entsprechend soll 1 l Wasser (ca g) in den Nudeltopf gefüllt werden. Darin können etwa 360 g Kochsalz gelöst werden. Da man laut Rezept aber lediglich ca. 5 g Kochsalz hinzugibt, liegt also keine gesättigte Lösung vor. A13 Bestimme den Massenanteil des Salzes im kochenden Salzwasser. Gehe bei der Berechnung davon aus, dass bereits 5 ml Wasser verdampft sind. Hinweis: Im Anhang des Buches auf Seite 167 findet sich eine Tabelle zu den wichtigsten Größen und Einheiten in der Chemie. L13 Salz) w ( Salz) = ; m (Salz) = 5 g Lösung ) m (Lösung) = m (Wasser) + m (Salz) = (1000 5) g + 5 g = 1000 g Salz) 5g w ( Salz) = = = 0,5% Lösung ) 1000 g Der Massenanteil des Salzes im kochenden Salzwasser liegt bei 0,5%. A14 Welche Rückschlüsse auf das Herstellungsverfahren des verwendeten Speisesalzes lassen sich aus der Packungsangabe Siedesalz ziehen? L14 Das Salz ist durch einen Siedevorgang aus salzhaltiger Flüssigkeit ( Sole ) hergestellt worden. A15 In der Anleitung zur Zubereitung wird vorgeschlagen, die Spaghetti nach dem Kochen in Öl oder Butter zu schwenken. Viele Köche geben jedoch schon einige Tropfen Öl in das Salzwasser, bevor die Nudeln gekocht werden. Erkläre, welche Aufgaben das zugesetzte Öl bei dieser Vorgehensweise erfüllt. L15 Mögliche Antworten sind: Öl schwimmt wegen seiner Dichte auf dem Wasser und unterdrückt die lästige Schaumbildung. Beim Eintauchen werden die Nudeln mit einer dünnen Schicht Öl überzogen. Sie bleiben gleitfähig und verkleben nicht miteinander. Elemente Chemie NRW 1A - Musterlösungen zum Kapitel Stoffe und Stoffänderungen - 1 7