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Gymnasium 7 · Chemie
Metalle, Sauerstoff und Verbrennung: ergänzende Aufgaben · Luft, Verbrennung und Brandschutz

Luft, Nachweisreaktionen und Brandschutz

Im Chemiefachraum brennt der Gasbrenner ruhig vor sich hin, und eine Kerze erlischt, sobald du ein Glas darüberstülpst. Warum geht sie aus, obwohl noch Luft im Glas ist? Und wie löscht man ein Feuer am besten? Am Ende der Seite kannst du beide Fragen beantworten.

Die Zusammensetzung der Luft

Luft siehst du nicht, aber sie ist ein Gasgemisch (homogenes Gemisch). Ihre Bestandteile lassen sich durch ihre Eigenschaften unterscheiden.

Bestandteil Volumenanteil
Stickstoff ca. 78 %
Sauerstoff ca. 21 %
Edelgase (hauptsächlich Argon) ca. 1 %
Kohlenstoffdioxid ca. 0,04 %
Wasserdampf schwankend
Balken mit den Volumenanteilen der Luft: 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff, 1 % Edelgase und Sonstiges Stickstoff 78 % O₂ 21 % 1 % Rest 1 %: Edelgase, CO₂ u. a.

Stickstoff ist reaktionsträge und hält kein Feuer am Brennen. Sauerstoff unterhält die Verbrennung. Das Kohlenstoffdioxid der Luft macht nur einen winzigen Anteil aus.

Üben★☆☆Nicht begonnen
Luft ist ein Gasgemisch. a) Nenne die beiden Hauptbestandteile der Luft mit ihren ungefähren Volumenanteilen. b) Nenne zwei weitere Bestandteile der Luft.

Luft ist ein Gasgemisch.

  1. a) Nenne die beiden Hauptbestandteile der Luft mit ihren ungefähren Volumenanteilen.
  1. b) Nenne zwei weitere Bestandteile der Luft.
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Üben★★☆Nicht begonnen
Ein Klassenraum in Köln hat ein Volumen von $200\ \text{m}^3$. Luft enthält ungefähr $21\ \%$ Sauerstoff (Volumenanteil). a) Berechne das Volumen des Sauerstoffs im…

Ein Klassenraum in Köln hat ein Volumen von $200\ \text{m}^3$. Luft enthält ungefähr $21\ \%$ Sauerstoff (Volumenanteil).

  1. a) Berechne das Volumen des Sauerstoffs im Raum.
  1. b) Berechne das Volumen an Stickstoff, wenn die Luft $78\ \%$ Stickstoff enthält.
  1. c) Erkläre, warum die Luft in einem geschlossenen Raum trotz Atmung nicht sofort sauerstofffrei ist, aber gelüftet werden muss.
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Nachweisreaktionen für Gase

Viele Gase sind farblos und geruchlos. Mit Nachweisreaktionen erkennst du sie an einer typischen Beobachtung.

Gas Nachweis Beobachtung
Sauerstoff Glimmspanprobe: glimmenden Holzspan in das Gas halten Der Span flammt hell auf.
Wasserstoff Knallgasprobe: Gas in einem Reagenzglas mit der Öffnung nach unten auffangen, Flamme nähern Es knallt (pfeifendes Geräusch).
Kohlenstoffdioxid Kalkwasserprobe: Gas in klares Kalkwasser leiten Kalkwasser wird trüb (weißer Niederschlag).
Wasser z. B. weißes Kupfersulfat Färbt sich blau.

Ein Gas, in dem eine brennende Kerze erlischt, kann Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid sein. Das allein reicht nicht zur Unterscheidung. Dafür brauchst du die Kalkwasserprobe.

Üben★☆☆Nicht begonnen
Beschreibe jeweils, wie du die folgenden Gase nachweist: a) Sauerstoff b) Kohlenstoffdioxid c) Wasserstoff

Beschreibe jeweils, wie du die folgenden Gase nachweist:

  1. a) Sauerstoff
  1. b) Kohlenstoffdioxid
  1. c) Wasserstoff
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Üben★★★Nicht begonnen
Du erhältst drei farblose Gase in verschlossenen Standzylindern, nämlich Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff, ohne Beschriftung. a) Entwickle ein Verfahren, mit…

Du erhältst drei farblose Gase in verschlossenen Standzylindern, nämlich Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff, ohne Beschriftung.

  1. a) Entwickle ein Verfahren, mit dem du alle drei Gase eindeutig unterscheiden kannst.
  1. b) Beschreibe die erwarteten Beobachtungen für jedes Gas.
  1. c) Begründe, warum die Glimmspanprobe allein nicht genügt.
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Zündtemperatur, Zerteilungsgrad und Aktivierungsenergie

Ein Holzscheit entzündest du mit dem Feuerzeug kaum, Holzspäne dagegen schon. Der Unterschied liegt im Zerteilungsgrad: Je feiner ein Stoff verteilt ist, desto größer ist die Oberfläche, an der Sauerstoff angreifen kann. Eisenwolle glüht in der Flamme, ein Eisennagel nicht. Feiner Mehl- oder Holzstaub, gemischt mit Luft, verbrennt in einem Augenblick und kann explodieren. Deshalb sind Mühlen und Schreinereien durch Staubexplosionen gefährdet.

Die Zündtemperatur ist die Temperatur, auf die ein brennbarer Stoff erhitzt werden muss, damit er sich von selbst entzündet. Sie ist stoffabhängig, Beispiel: Papier etwa 230 °C, Holz etwa 300 °C.

Die Verbrennung ist eine exotherme Reaktion. Dennoch musst du erst Energie zuführen, z. B. durch Reiben des Streichholzes. Diese Energie heißt Aktivierungsenergie. Danach gibt die Reaktion mehr Energie ab, als sie braucht. Die Wärme erhitzt den nächsten Teil des Brennstoffs über die Zündtemperatur, und das Feuer läuft von selbst weiter.

Energiediagramm einer exothermen Reaktion: Energiebarriere Aktivierungsenergie, Produkte liegen tiefer als Edukte Energie Reaktionsverlauf Edukte Produkte Aktivierungsenergie frei werdende Energie

Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie: Die Reaktion startet dann leichter, ohne dass der Katalysator verbraucht wird.

Üben★★☆Nicht begonnen
Ein Holzscheit lässt sich mit dem Feuerzeug nicht entzünden, Holzspäne dagegen schon, und feiner Holzstaub kann sogar explodieren. a) Erkläre diese Beobachtungen mit dem…

Ein Holzscheit lässt sich mit dem Feuerzeug nicht entzünden, Holzspäne dagegen schon, und feiner Holzstaub kann sogar explodieren.

  1. a) Erkläre diese Beobachtungen mit dem Begriff Zerteilungsgrad.
  1. b) Erkläre den Begriff Zündtemperatur und nenne ein Beispiel.
  1. c) Begründe, warum Mehlstaub in einer Mühle gefährlich ist.
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Üben★★☆Nicht begonnen
Ein Streichholz brennt nicht von selbst, obwohl Sauerstoff vorhanden ist. Erst durch Reiben entzündet es sich. a) Erkläre mit dem Begriff Aktivierungsenergie, warum die…

Ein Streichholz brennt nicht von selbst, obwohl Sauerstoff vorhanden ist. Erst durch Reiben entzündet es sich.

  1. a) Erkläre mit dem Begriff Aktivierungsenergie, warum die Reibung nötig ist.
  1. b) Erkläre, warum die Verbrennung danach von selbst weiterläuft.
  1. c) Beschreibe, wie ein Katalysator die Aktivierungsenergie beeinflusst.
Lösen

Verbrennungsdreieck und Brandschutz

Ein Feuer braucht drei Dinge gleichzeitig: brennbaren Stoff, Sauerstoff und eine Temperatur über der Zündtemperatur.

Verbrennungsdreieck mit den Ecken brennbarer Stoff, Sauerstoff und Zündtemperatur brennbarer Stoff Sauerstoff Zündtemperatur

Löschen heißt, eine Bedingung zu beseitigen:

  • Brennstoff entfernen: Gaszufuhr abstellen, brennbares Material wegräumen.

  • Sauerstoff entziehen: Löschdecke oder Deckel auflegen, Schaum oder Kohlenstoffdioxid-Löscher.

  • Abkühlen: Wasser, bis die Temperatur unter die Zündtemperatur sinkt.

Verhalten im Brandfall: Ruhe bewahren, Notruf 112, Personen warnen und in Sicherheit bringen, Fenster und Türen schließen, Fluchtwege nutzen, keine Aufzüge. Nur kleine Brände selbst löschen.

Brandvorsorge in der Schule: Feuerlöscher und Löschdecke im Fachraum, Fluchtwegpläne, Brandschutztüren, Rauchmelder, regelmäßige Feuerübungen.

Üben★☆☆Nicht begonnen
Damit ein Feuer brennt, müssen drei Bedingungen erfüllt sein. a) Nenne diese drei Bedingungen (Verbrennungsdreieck). b) Nenne für jede Bedingung ein Beispiel, wie man…

Damit ein Feuer brennt, müssen drei Bedingungen erfüllt sein.

  1. a) Nenne diese drei Bedingungen (Verbrennungsdreieck).
  1. b) Nenne für jede Bedingung ein Beispiel, wie man sie bei der Brandbekämpfung wegnehmen kann.
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Üben★★★Nicht begonnen
In einer Schulküche fängt Speiseöl in einer Pfanne Feuer. Eine Schülerin will mit Wasser löschen, ein Lehrer legt einen Deckel auf die Pfanne. a) Beurteile beide…

In einer Schulküche fängt Speiseöl in einer Pfanne Feuer. Eine Schülerin will mit Wasser löschen, ein Lehrer legt einen Deckel auf die Pfanne.

  1. a) Beurteile beide Maßnahmen mit dem Verbrennungsdreieck.
  1. b) Erkläre, warum Wasser auf brennendem Fett zu einer Stichflamme führen kann.
  1. c) Nenne weitere Verhaltensregeln im Brandfall und Maßnahmen der Brandvorsorge in einer Schule.
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Üben★★★Nicht begonnen
Ein Schüler stülpt ein Glas über eine brennende Kerze. Nach kurzer Zeit erlischt sie, obwohl noch Luft im Glas ist. Er schließt: „Der gesamte Sauerstoff ist verbraucht.“…

Ein Schüler stülpt ein Glas über eine brennende Kerze. Nach kurzer Zeit erlischt sie, obwohl noch Luft im Glas ist. Er schließt: „Der gesamte Sauerstoff ist verbraucht.“

  1. a) Beurteile diese Schlussfolgerung unter Berücksichtigung der Zusammensetzung der Luft.
  1. b) Entwickle einen Versuch, mit dem du den Sauerstoffanteil in der Luft bestimmen kannst (Fragestellung, Vermutung, Durchführung).
  1. c) Nenne zwei mögliche Fehlerquellen und erkläre ihre Wirkung auf das Ergebnis.
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Auf einen Blick

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