Lösungen (mit Aufgabenstellungen)

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1 Lösungen (mit Aufgabenstellungen) Aufgaben A 1 Welche der oben beschriebenen Stoffeigenschaften sind chemische Eigenschaften? Chemische Eigenschaften sind die Wärmebeständigkeit und die Brennbarkeit. A 2 Nennen Sie Wörter, die den Begriff «Stoff» enthalten. Wörter, die den Begriff «Stoff» enthalten, sind z. B. Sauerstoff, Feststoff, Klebstoff, Nährstoff, Rohstoff, Ballaststoff A Welche Gegenstände bezeichnet man als Kristalle? Als Kristalle bezeichnet man Gegenstände, die ohne Bearbeitung glatte, glänzende Flächen und scharfe Ecken und Kanten aufweisen. A 4 Warum ist es nicht erlaubt, unbekannte Stoffe auf ihren Geschmack zu überprüfen? Es ist nicht erlaubt, unbekannte Stoffe auf ihren Geschmack zu überprüfen, weil es zahlreiche Stoffe gibt, die Vergiftungen verursachen, selbst wenn sie nur in geringen Mengen in den Mund gelangen. A 5 Nennen Sie zwei Stoffeigenschaften, in denen sich Zucker und Karamell unterscheiden. Zucker und Karamell unterscheiden sich z. B. in Farbe und Geschmack. A 6 Geben Sie an, bei welchen der folgenden Vorgänge nur vorübergehende Veränderungen auftreten: a) Glas erweicht in der Hitze, b) Porzellan glüht, c) Holz verbrennt, d) Zucker verkohlt, e) Zinkoxid wird in der Hitze gelb. Vorübergehende Veränderungen treten bei a, b und e auf. A 7 Welche Vorgänge werden mit den folgenden Begriffen bezeichnet: Schmelzen, Erstarren, Verdampfen, Kondensieren, Sublimieren, Resublimieren? Schmelzen Erstarren Verdampfen Kondensieren Sublimieren Resublimieren Übergang vom en in den flüssigen Zustand Übergang vom flüssigen in den en Zustand Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Zustand Übergang vom en in den gasförmigen Zustand Übergang vom gasförmigen in den en Zustand Klett und Balmer Verlag Zug 2010 (zu «Elemente», 1. Auflage 2007) Verwendung für den Gebrauch in der eigenen Klasse gestattet Seite 1 von 9

2 A 8 Wenn an manchen schönen Wintertagen die Sonne auf schneebedeckte Felder scheint, kann man beobachten, dass immer mehr Schnee verschwindet, obwohl die Temperaturen bei Tag und Nacht weit unter der Gefriertemperatur liegen. Erklären Sie, was tagsüber geschieht. Das Eis sublimiert unter dem Einfluss der wärmenden Sonnenstrahlen. A 9 Welche der in ZAbb. 16 aufgeführten Stoffe sind bei Zimmertemperatur (20 C), welche flüssig und welche gasförmig? Überprüfen Sie anhand der Schmelzund Siedetemperaturen. flüssig gasförmig Naphthalin, Schwefel, Blei, Kochsalz, Eisen (weil ihre Schmelztemperaturen oberhalb von 20 C liegen) Ether, Alkohol, Quecksilber, Glycerin (weil ihre Schmelztemperaturen unterhalb von 20 C und ihre Siedetemperaturen oberhalb von 20 C liegen) Sauerstoff, Butan (weil ihre Siedetemperaturen unterhalb von 20 C liegen) A 10 Alkohol löst sich gut in Wasser. Warum ist in keinem Tabellenwerk seine Löslichkeit angegeben? Man kann die Löslichkeit von Alkohol nicht bestimmen. Die Löslichkeit von Alkohol in Wasser würde angeben, wie viel Gramm Alkohol sich in 100 g Wasser lösen. Diese Angabe ist nicht möglich, da Alkohol sich unbegrenzt in Wasser löst. A 11 In 100 g Meerwasser sind,5 g Salz enthalten. Geben Sie den Massenanteil des Salzes im Meerwasser an.,5 g Salz in 100 g Meerwasser ergeben einen Massenanteil des Salzes von,5 %. A 12 Nennen Sie je drei in Wasser leicht lösliche, schwer lösliche und unlösliche Stoffe. Leicht löslich in Wasser sind z. B. Zucker, Kochsalz und Kaliumnitrat; schwer löslich sind z. B. Gips, Löschkalk und Kalkstein; unlöslich sind z. B. Sand, Schwefel und Eisen. A 1 Wie viel Gramm Kaliumnitrat müssen mindestens zu 50 g Wasser gegeben werden, damit man bei 40 C (bzw. 60 C) eine gesättigte Lösung erhält? Um bei 40 C (bzw. 60 C) eine gesättigte Kaliumnitratlösung zu erhalten, müssen etwa 0 g (bzw. etwa 50 g) Kaliumnitrat zu 50 g Wasser gegeben werden. Klett und Balmer Verlag Zug 2010 (zu «Elemente», 1. Auflage 2007) Verwendung für den Gebrauch in der eigenen Klasse gestattet Seite 2 von 9

3 A 14 Man löst Kaliumnitrat in 100 g Wasser mit einer Temperatur von 60 C, bis sich ein Bodensatz bildet. Nachdem man diese gesättigte Lösung filtriert hat, lässt man sie auf 20 C abkühlen. Wie viel Kaliumnitrat wird aus der Lösung auskristallisieren? Der Löslichkeitskurve in ZAbb. 20 entnehmen wir, dass sich bei 60 C etwa 10 g Kaliumnitrat in 100 g Wasser lösen. Bei 20 C lösen sich nur etwa 8 g. Beim Abkühlen von 60 C auf 20 C kristallisieren also 10 g 8 g = 65 g Kaliumnitrat aus. A 15 Eine warm gesättigte Lösung von Alaun in Wasser wird im verschlossenen Gefäss über Nacht stehen gelassen. Am Morgen ist ein Bodensatz sichtbar. Eine daneben stehende, gesättigte Kochsalzlösung blieb unverändert. Erklären Sie diesen Unterschied. Die Löslichkeit von Alaun ist temperaturabhängig, die von Kochsalz (praktisch) nicht. Da sich in der über Nacht abgekühlten Alaunlösung weniger Alaun löst als in der heissen, ist das überschüssige Salz auskristallisiert. A 16 Ein Messzylinder mit einer Masse von 7 g wird mit 50 cm Alkohol gefüllt. Die Waage zeigt nun 112,5 g an. Berechnen Sie die Dichte des Alkohols. Die Masse der Alkoholportion ergibt sich aus der Differenz der beiden Wägungen: 112,5 g 7 g = 9,5 g Division der Masse der Alkoholportion durch ihr Volumen führt zur Dichte des Alkohols: 9,5 g : 50 cm = 0,79 g/cm A 17 Eine Gaswägekugel wird evakuiert (luftleer gepumpt) und gewogen. Nach dem Einsaugen von 200 cm Luft wird die Kugel erneut gewogen. Die Massenzunahme beträgt 0,24 g. Berechnen Sie die Dichte der Luft. m(luftportion) 0,24 g U(Luft) = = = 0,0012 g/cm V(Luftportion) 200 cm Hinweis: Trockene Luft hat bei Normdruck und einer Temperatur von 20 C eine Dichte von 0, g/cm. Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit (Anteil des Wasserdampfs in der Luft) sinkt sie geringfügig ab. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % beträgt die Dichte der Luft bei den angegebenen Bedingungen 0, g/cm. A 18 Blei hat eine Dichte von U = 11,4 g/cm. Welche Masse hat ein Bleistück mit dem Volumen cm? Die Masse des Bleistücks ergibt sich durch Multiplikation der Dichte von Blei mit dem Volumen der Bleiportion: 11,4 g/cm cm = 4,2 g Das Bleistück wiegt 4,2 g. Klett und Balmer Verlag Zug 2010 (zu «Elemente», 1. Auflage 2007) Verwendung für den Gebrauch in der eigenen Klasse gestattet Seite von 9

4 A 19 Stellen Sie einen Steckbrief für folgende Stoffe auf: Eisen, Kupfer, Kochsalz, Zucker. Steckbrief für Eisen Zustandsform: Farbe: silbrig glänzend Geruch: geruchlos Verformbarkeit: gut elektrische Leitfähigkeit: gut Schmelztemperatur: 155 C Siedetemperatur: 2750 C Dichte: 7,87 g/cm Verhalten beim Erhitzen: glüht (blauschwarzer Überzug) Steckbrief für Kupfer Zustandsform: Farbe: rot glänzend Geruch: geruchlos Verformbarkeit: gut elektrische Leitfähigkeit: gut Schmelztemperatur: 108 C Siedetemperatur: 2567 C Dichte: 8,92 g/cm Verhalten beim Erhitzen: glüht (schwarzer Überzug) Steckbrief für Kochsalz Zustandsform: Farbe: farblos Kristallform: würfelförmig Geruch: geruchlos Geschmack: salzig Verformbarkeit: spröde elektrische Leitfähigkeit: keine Löslichkeit in Wasser: 5,88 g (pro 100 g bei 20 C) Schmelztemperatur: 800 C Siedetemperatur: 1460 C Dichte: 2,2 g/cm Verhalten beim Erhitzen: keine Änderungen (schmilzt bei hohen Temperaturen) Klett und Balmer Verlag Zug 2010 (zu «Elemente», 1. Auflage 2007) Verwendung für den Gebrauch in der eigenen Klasse gestattet Seite 4 von 9

5 Steckbrief für Zucker Zustandsform: Farbe: Kristallform: Geruch: Geschmack: Verformbarkeit: elektrische Leitfähigkeit: Löslichkeit in Wasser: Schmelztemperatur: Verhalten beim Erhitzen: farblos an den Kanten abgeschrägte Quader, wie Kandis geruchlos süss spröde keine 20,9 g (pro 100 g bei 20 C) 185 C (beginnende Zersetzung) beim Schmelzen Braunfärbung, Bildung von Karamell, bei weiterem Erhitzen Verkohlen unter Rauchentwicklung A 20 Welche Eigenschaften kennzeichnen einen Stoff? Ein Stoff wird gekennzeichnet durch die für ihn typischen Eigenschaften wie Farbe, Kristallform, Geruch, Geschmack, Härte, Schmelztemperatur, Siedetemperatur, Dichte, elektrische Leitfähigkeit und Löslichkeit. A 21 Welche Eigenschaften eines Stoffs lassen sich nur mit Hilfe von Messgeräten ermitteln? Mit Hilfe von Messgeräten lassen sich Schmelztemperatur, Siedetemperatur, Dichte, Löslichkeit (und ggf. elektrische Leitfähigkeit) ermitteln. A 22 Nennen Sie die gemeinsamen Eigenschaften von Eisen, Kupfer, Blei und Aluminium. Gemeinsame Eigenschaften von Eisen, Kupfer, Blei und Aluminium sind z. B.: Zustandsform Oberfläche Verformbarkeit elektrische Leitfähigkeit metallisch glänzend gut gut A 2 Schreiben Sie die Eigenschaften auf, die alle Metalle gemeinsam haben. Metalle haben als kompakte Stücke einen typischen Oberflächenglanz. Feste Metalle sind verformbar durch Hämmern, Biegen, Ziehen, Walzen. Metalle leiten den elektrischen Strom. Sie zeigen eine gute Wärmeleitfähigkeit. Klett und Balmer Verlag Zug 2010 (zu «Elemente», 1. Auflage 2007) Verwendung für den Gebrauch in der eigenen Klasse gestattet Seite 5 von 9

6 A 24 Ordnen Sie die folgenden Stoffe nach Reinstoffen und Stoffgemischen: Holz, Kupfer, Meerwasser, Limonade, Kochsalz, Papier, Aluminium, Apfelsaft, Leitungswasser, Schwefel, Milch, Tee. Reinstoffe Stoffgemische Kupfer, Kochsalz, Aluminium, Schwefel Holz, Meerwasser, Limonade, Papier, Apfelsaft, Leitungswasser, Milch, Tee A 25 Geben Sie an, ob Suspensionen oder Lösungen entstehen, wenn man folgende Stoffe mit Wasser schüttelt: a) Mehl, b) feiner Sand, c) Zucker, d) Spülmittel, e) Kochsalz, f) Holzkohlepulver. Suspensionen entstehen mit Lösungen entstehen mit Mehl, Sand, Holzkohlepulver Zucker, Spülmittel, Kochsalz A 26 Zu welchem Gemischtyp gehört ein Gemisch aus a) Benzin und Wasser, b) Sand und Wasser, c) Alkohol und Wasser, d) Zucker und Wasser, e) Zucker und Mehl? a) Benzin und Wasser bilden eine Emulsion. b) Sand und Wasser bilden eine Suspension. c) Alkohol und Wasser ergeben eine Lösung. d) Zucker und Wasser ergeben eine Lösung. e) Zucker und Mehl bilden ein Feststoffgemisch. A 27 Begründen Sie, warum ein Reinstoff homogen ist. Ein Reinstoff besteht nur aus einem einzigen Stoff und ist deshalb homogen. Nur Gemische können heterogen sein, da sie aus mindestens zwei Stoffen bestehen. Überprüfung und Vertiefung Ü 1 Beim Gefriertrocknen von Kaffee wird flüssiger Kaffee-Extrakt tiefgefroren und vermindertem Druck (Vakuum) ausgesetzt. Dabei verflüchtigt sich das Eis, zurück bleibt trockenes Kaffeepulver. Welcher Übergang zwischen den Aggregatzuständen erfolgt hier? Beim Gefriertrocknen von Kaffee geht das gefrorene Wasser direkt in den gasförmigen Zustand über. Es handelt sich also um eine Sublimation. Ü 2 Erklären Sie das Auftreten von Nebel beim Ausatmen in kalter Luft. Der ausgeatmete Wasserdampf kondensiert in der kalten Luft zu Wassertröpfchen, die Nebel bilden. Klett und Balmer Verlag Zug 2010 (zu «Elemente», 1. Auflage 2007) Verwendung für den Gebrauch in der eigenen Klasse gestattet Seite 6 von 9

7 Ü Erklären Sie, warum in Polargebieten keine Quecksilberthermometer verwendet werden können, sondern nur solche mit gefärbtem Alkohol. Quecksilber erstarrt bereits bei 9 C. Bei Temperaturen, die darunter liegen, ist eine Messung nicht mehr möglich. Die Schmelztemperatur von Alkohol beträgt 117 C, eine Temperatur, die auch in Polargebieten nicht erreicht wird. Ü 4 Beim Erhitzen von Wasser entweicht die darin gelöste Luft (ZAbb. 17). a) Was folgt daraus für die Löslichkeit von Luft in Wasser? b) Wie verändert sich im Vergleich dazu die Löslichkeit von Alaun (Kaliumaluminiumsulfat) in Wasser bei steigender Temperatur (ZAbb. 20)? a) Die Löslichkeit von Luft in Wasser ist temperaturabhängig: Je höher die Temperatur, desto weniger Luft löst sich. b) Bei der Löslichkeit des Alauns ist es umgekehrt: Je höher die Temperatur, desto mehr Alaun löst sich. Ü 5 In ZAbb. 9 finden Sie eine Tabelle, in der Lösungseigenschaften von Benzin und Wasser aufgeführt sind. Versuchen Sie mit ihrer Hilfe zu ermitteln, worin sich Paraffin bzw. Kandiszucker lösen. Paraffin (Kerzenwachs) löst sich in Benzin, Kandis (Rohrzucker) löst sich in Wasser. Ü 6 Erläutern Sie den Unterschied zwischen einer verdünnten und einer gesättigten Lösung. In einer verdünnten Lösung lässt sich noch weiterer Stoff lösen, in einer gesättigten Lösung nicht mehr (häufig liegt ein Bodenkörper vor). Ü 7 Aus 20 g Zucker soll mit Wasser eine 10-prozentige Lösung hergestellt werden. Welche Masse hat die benötigte Portion Wasser? Für die Herstellung dieser Lösung werden 180 g Wasser benötigt. Ü 8 Auch aus einer verdünnten Kochsalzlösung kann man Kristalle züchten, es dauert nur länger. Warum? Beschreiben Sie, was bis zum Auftreten der Kristalle geschieht. Das Lösungsmittel Wasser muss verdunsten. Dabei muss zunächst so viel Wasser verdunsten, bis eine gesättigte Lösung entstanden ist. Erst dann können sich bei weiterem Verdunsten des Wassers Kochsalzkristalle bilden. Klett und Balmer Verlag Zug 2010 (zu «Elemente», 1. Auflage 2007) Verwendung für den Gebrauch in der eigenen Klasse gestattet Seite 7 von 9

8 Ü 9 22 cm eines Stoffs wiegen 298,1 g. Berechnen Sie seine Dichte. Um welchen Stoff könnte es sich handeln (ZAbb. 28)? U = m V ; m = 298,1 g, V = 22 cm 298,1 g U = 22 cm = 298,1 g 22 cm = 1,55 g/cm Es könnte sich um Quecksilber handeln (ZAbb. 28). Ü 10 Zur Bestimmung der Dichte eines Stoffs wird die Masse einer Stoffportion zu m = 14,7 g bestimmt. Die Volumenmessung ergibt V = 7 cm. Um welchen Stoff könnte es sich handeln? U = m V ; m = 14,7 g, V = 7 cm 14,7 g U = 7cm = 14,7 g 7 cm = 2,1 g/cm Es könnte sich um Schwefel handeln (ZAbb. 28). Ü 11 Zur Dichtebestimmung von Sauerstoff werden 100 cm des Gases in eine evakuierte Gaswägekugel gefüllt. Die Massenzunahme beträgt 0,16 g. Berechnen Sie die Dichte und vergleichen Sie sie mit den Angaben in ZAbb. 28. Nennen Sie mögliche Gründe für die Abweichung. U = m V ; m = 0,16 g, V = 100 cm 0,16 g U = 100 cm = 0,16 g 100 cm = 0,001 6 g/cm Die Messung könnte bei einer anderen Temperatur als 20 C und/oder einem anderen Druck als 101 hpa durchgeführt worden sein. Ü 12 ZAbb. 40 zeigt gleich grosse Würfel (1 cm ) aus verschiedenen Metallen. Bei einigen fehlt die Angabe der Dichte, bei anderen der Name. Finden Sie die fehlenden Daten heraus. U(Kupfer) = 8,9 g/cm U(Eisen) = 7,87 g/cm 7,1 g/cm = U(Zink) 2,70 g/cm = U(Aluminium) Klett und Balmer Verlag Zug 2010 (zu «Elemente», 1. Auflage 2007) Verwendung für den Gebrauch in der eigenen Klasse gestattet Seite 8 von 9

9 Ü cm Wasser mit einer Temperatur von 25 C wiegen 99,70 g. Nimmt man Wasser, das 4 C kalt ist, haben 100 cm eine Masse von 100 g. Erklären Sie. Die Dichte des Wassers ist bei 4 C grösser als bei 25 C. Wie alle Flüssigkeiten dehnt sich Wasser oberhalb von 4 C aus; daher nehmen 100 cm Wasser beim Erhitzen von 4 C auf 25 C einen grösseren Raum ein. Misst man bei dieser Temperatur genau 100 cm Wasser ab, wiegt die Menge weniger als 100 g. Ü 14 Nennen Sie die Aggregatzustände der Bestandteile von Suspensionen, Emulsionen, Feststoffgemischen und Lösungen. Geben Sie jeweils ein Beispiel an. Suspension Emulsion Feststoffgemisch Lösung /flüssig (Schlamm) flüssig/flüssig (Milch) / (Granit) /flüssig (Zuckerlösung) flüssig/flüssig (Wein) Klett und Balmer Verlag Zug 2010 (zu «Elemente», 1. Auflage 2007) Verwendung für den Gebrauch in der eigenen Klasse gestattet Seite 9 von 9