Aufgaben: Metallgewinnung, Recycling und Metallbrände

Eisen wird in Deutschland im Hochofen aus Eisenerz gewonnen, zum Beispiel in Duisburg.

1. a) Nenne zwei Stoffe, die oben in den Hochofen gegeben werden.

1. b) Welche Aufgabe hat der Koks bei der Gewinnung?

Aluminium, Eisen, Gold und Kupfer kommen unterschiedlich in der Natur vor.

1. a) Welche dieser Metalle findet man gediegen (als Element)?

1. b) Begründe, warum die anderen nur als Verbindungen (Erze) vorkommen.

Eine brennende Magnesiumprobe darf nicht mit Wasser oder Kohlenstoffdioxid gelöscht werden.

1. a) Nenne ein geeignetes Löschmittel für Metallbrände.

1. b) Erkläre kurz, warum Wasser hier gefährlich sein kann.

Im Hochofen wird Eisenoxid mit Kohlenstoffmonoxid zu Eisen umgesetzt. Dabei entsteht Kohlenstoffdioxid.

1. a) Formuliere das Reaktionsschema in Worten.

1. b) Gib Sauerstoffdonator, Sauerstoffakzeptor, Oxidationsmittel und Reduktionsmittel an.

1. c) Erkläre, warum das Eisen im Hochofen flüssig vorliegt und unten abgestochen werden kann.

In Deutschland werden jährlich viele Millionen Tonnen Stahlschrott wieder eingeschmolzen. Eine Gemeinde in Nordrhein-Westfalen plant einen Wertstoffhof für Altmetalle.

1. a) Nenne zwei Vorteile des Metallrecyclings gegenüber der Neugewinnung aus Erz.

1. b) Nenne eine Schwierigkeit beim Recycling.

1. c) Erkläre, warum Aluminium besonders vom Recycling profitiert, wenn man weiß, dass seine Gewinnung aus Erz sehr viel Energie benötigt.

Auf einem Schrottplatz fängt ein Haufen Magnesiumspäne Feuer. Ein Mitarbeiter will mit dem Wasserschlauch löschen, ein anderer greift zum Kohlenstoffdioxid-Löscher.

1. a) Beurteile beide Vorschläge.

1. b) Nenne ein geeignetes Löschmittel und erkläre, wie es wirkt.

1. c) Begründe mithilfe der Sauerstoffübertragung, warum Magnesium sogar in Kohlenstoffdioxid weiterbrennen kann.

Die frühe Menschheit gewann zuerst Kupfer und Bronze, später Eisen, und erst im 19. Jahrhundert Aluminium im technischen Maßstab.

1. a) Erkläre diese zeitliche Reihenfolge mit der Sauerstoffaffinität der Metalle.

1. b) Begründe, warum Holzkohle als Reduktionsmittel für Kupferoxid ausreicht, für Aluminiumoxid aber nicht.

1. c) Beurteile, welche Folgen die Metallgewinnung für Umwelt und Gesellschaft hat, und nenne dabei je zwei Argumente.

Ein Unternehmen vergleicht für die Herstellung von Dosen zwei Verfahren: Neugewinnung von Aluminium aus Bauxit oder Recycling gebrauchter Dosen.

1. a) Stelle in einer Tabelle zwei ökologische und zwei ökonomische Kriterien gegenüber.

1. b) Bewerte beide Verfahren und triff eine begründete Entscheidung.

1. c) Nenne, was Verbraucherinnen und Verbraucher beitragen können, damit das Recycling gelingt.

Im Hochofen laufen in mehreren Zonen Reaktionen ab. Zunächst verbrennt Koks mit Heißluft zu Kohlenstoffdioxid, dieses reagiert mit weiterem Koks zu Kohlenstoffmonoxid, und dieses reduziert das Eisenoxid.

1. a) Formuliere die drei Reaktionsschemata in Worten.

1. b) Erkläre, warum man Koks und nicht direkt Kohlenstoffmonoxid einfüllt.

1. c) Begründe, warum sich Wasserstoff als Reduktionsmittel in der Stahlerzeugung als klimafreundlichere Alternative diskutieren lässt, und nenne eine Herausforderung.