Bewertung von Produkten, Korrosion und Energieträgern
Auf der Flasche steht „5 % Essigsäure", auf der Brücke über den Rhein blättert der Lack ab, und an der Tankstelle stehen Benzin, Strom und Wasserstoff zur Wahl. Woher weißt du, ob die Angabe stimmt, was Rost kostet und welcher Energieträger der beste ist? In der Chemie reicht es nicht, nur zu rechnen: Du musst Ergebnisse bewerten und deine Entscheidung begründen. Dieses Vorgehen lernst du hier.
Gefahren erkennen und Produkte sicher verwenden
Haushaltsreiniger enthalten oft starke Säuren oder Basen. Ein Rohrreiniger enthält Natronlauge, ein Kalkreiniger oft Amidosulfonsäure oder Citronensäure. Das GHS-Piktogramm „ätzend" (Hand und Metall von Flüssigkeit getroffen) warnt vor Verätzungen von Haut, Augen und Metallen. H-Sätze nennen die Gefahr (z. B. H314: verursacht schwere Verätzungen), P-Sätze nennen Schutzmaßnahmen.
Die Gefährdungsbeurteilung folgt drei Schritten: Gefahr erkennen, Risiko einschätzen, Maßnahmen festlegen (Schutzbrille, Handschuhe, Lüften, Säure in Wasser gießen, nie umgekehrt).
Auf einem Rohrreiniger steht das Gefahrensymbol „ätzend". a) Nennen Sie zwei Schutzmaßnahmen. b) Erklären Sie, warum Rohrreiniger nicht mit Säurereinigern gemischt…
Auf einem Rohrreiniger steht das Gefahrensymbol „ätzend".
- a) Nennen Sie zwei Schutzmaßnahmen.
- b) Erklären Sie, warum Rohrreiniger nicht mit Säurereinigern gemischt werden dürfen.
Produkte durch Titration bewerten
Stimmt eine Herstellerangabe? Das prüfst du mit einer Säure-Base-Titration. Aus dem Verbrauch an Maßlösung folgt die Stoffmenge der Säure, daraus die Masse und der Massenanteil $w$:
$$w=\frac{m(\text{Säure})}{m(\text{Probe})}$$Bei einer einprotonigen Säure gilt am Äquivalenzpunkt $n(\text{Säure})=n(\mathrm{OH^-})=c\cdot V$.
Zur Bewertung: $4{,}8\,\%$ liegt sehr nah an $5\,\%$. Die Abweichung von $0{,}2$ Prozentpunkten liegt im Rahmen der üblichen Messunsicherheit (Ablesefehler an der Bürette, Tropfengröße, Indikatorumschlag), die Angabe trifft also im Wesentlichen zu. Bewerte immer mit Zahl, Vergleichswert und Fehlerbetrachtung.
Ein Essigreiniger gibt „5 % Essigsäure" an. Eine Titration von $10{,}0\,\text{mL}$ ($\rho = 1{,}01\,\text{g}\cdot\text{mL}^{-1}$) verbraucht $8{,}1\,\text{mL}$…
Ein Essigreiniger gibt „5 % Essigsäure" an. Eine Titration von $10{,}0\,\text{mL}$ ($\rho = 1{,}01\,\text{g}\cdot\text{mL}^{-1}$) verbraucht $8{,}1\,\text{mL}$ Natronlauge ($c = 1{,}00\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$). Es gilt $M(\mathrm{CH_3COOH}) = 60{,}0\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$.
- a) Berechnen Sie den Massenanteil.
- b) Bewerten Sie, ob die Angabe zutrifft.
Ein Kalkreiniger enthält angeblich $10\,\%$ Amidosulfonsäure ($\mathrm{HSO_3NH_2}$, $M = 97{,}1\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$). $2{,}50\,\text{g}$ Produkt verbrauchen…
Ein Kalkreiniger enthält angeblich $10\,\%$ Amidosulfonsäure ($\mathrm{HSO_3NH_2}$, $M = 97{,}1\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$). $2{,}50\,\text{g}$ Produkt verbrauchen $24{,}8\,\text{mL}$ Natronlauge ($0{,}100\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$).
- a) Berechnen Sie den Massenanteil (einprotonige Säure).
- b) Bewerten Sie die Qualität des Produkts.
- c) Diskutieren Sie Gefahren bei Anwendung auf Marmor.
Korrosion: Teilgleichungen, Schutz und Folgen
Bei der Sauerstoffkorrosion bildet Eisen mit Wasser und Sauerstoff ein Lokalelement, eine kleine galvanische Zelle. Eisen ist unedel und gibt Elektronen ab.
Teilgleichungen:
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Oxidation (Anode): $\mathrm{Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2\,e^-}$
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Reduktion (Kathode): $\mathrm{O_2 + 2\,H_2O + 4\,e^- \rightarrow 4\,OH^-}$
Gesamt: $\mathrm{2\,Fe + O_2 + 2\,H_2O \rightarrow 2\,Fe^{2+} + 4\,OH^-}$. Aus $\mathrm{Fe^{2+}}$ und $\mathrm{OH^-}$ entsteht Eisen(II)-hydroxid, das mit Sauerstoff zu Rost, wasserhaltigem Eisen(III)-oxid, weiterreagiert.
In saurer Lösung (Säurekorrosion) wird statt Sauerstoff $\mathrm{H_3O^+}$ reduziert: $\mathrm{2\,H_3O^+ + 2\,e^- \rightarrow H_2 + 2\,H_2O}$.
Korrosionsschutz
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Überzüge: Lack, Kunststoff, Verchromen. Sie schützen nur, solange sie unbeschädigt sind.
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Verzinken: Zink ist unedler als Eisen. Wird die Schicht verletzt, bildet sich ein Lokalelement, in dem Zink oxidiert wird: $\mathrm{Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2\,e^-}$. Das Eisen wird zur Kathode und bleibt geschützt, solange Zink vorhanden ist.
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Opferanode: Ein Stück Magnesium oder Zink, leitend mit dem Stahl verbunden, löst sich anstelle des Eisens auf (z. B. im Warmwasserspeicher oder am Schiffsrumpf).
Folgen bewerten
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Ökonomisch: Korrosionsschäden kosten in Deutschland jährlich mehrere Milliarden Euro (Instandhaltung von Brücken, Fahrzeugen, Rohrleitungen).
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Ökologisch: Ersatz von Stahl verbraucht Rohstoffe und Energie, Beschichtungen und Verzinken belasten die Umwelt (Lösemittel, Schwermetalle), Streusalz greift Böden und Gewässer an.
Für Fahrzeuge bedeutet das: Streusalz beschleunigt Rost an Karosserie und Unterboden. Schutz bieten Verzinken, Lack und regelmäßige Wäsche.
Eisen rostet an feuchter Luft. a) Nennen Sie zwei Rostschutzverfahren. b) Erklären Sie das Prinzip des Verzinkens.
Eisen rostet an feuchter Luft.
- a) Nennen Sie zwei Rostschutzverfahren.
- b) Erklären Sie das Prinzip des Verzinkens.
Stahlbrücken in Hamburg müssen regelmäßig neu beschichtet werden. Jährliche Korrosionsschäden in Deutschland betragen mehrere Milliarden Euro. a) Erklären Sie die…
Stahlbrücken in Hamburg müssen regelmäßig neu beschichtet werden. Jährliche Korrosionsschäden in Deutschland betragen mehrere Milliarden Euro.
- a) Erklären Sie die Korrosion von Eisen mit Teilgleichungen.
- b) Nennen Sie je eine ökologische und eine ökonomische Folge.
Zentralabitur-Material: Ein Eisennagel wird in Agar-Gel mit Kaliumhexacyanoferrat(III) und Phenolphthalein gelegt. An der Spitze entsteht blaue, am Schaft rosa Färbung.…
Zentralabitur-Material: Ein Eisennagel wird in Agar-Gel mit Kaliumhexacyanoferrat(III) und Phenolphthalein gelegt. An der Spitze entsteht blaue, am Schaft rosa Färbung.
- a) Deuten Sie die Beobachtungen mit Teilgleichungen.
- b) Erklären Sie, warum Verzinken schützt, auch bei Beschädigung.
- c) Entwerfen Sie ein Experiment, das den Einfluss von Salzen (Streusalz) auf die Korrosion zeigt, und bewerten Sie die Folgen für Fahrzeuge im Winter.
Energieträger vergleichen und bewerten
Benzin, Heizöl, Erdgas, Akku und Wasserstoff liefern Energie, aber mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen. Bewerte immer nach Kriterien und begründe dein Urteil.
| Kriterium | Fossile Brennstoffe | Lithium-Ionen-Akku | Wasserstoff (Brennstoffzelle) |
|---|---|---|---|
| Energiedichte | hoch | mittel | hoch pro kg, niedrig pro Volumen |
| Emissionen am Einsatzort | $\mathrm{CO_2}$, Ruß, $\mathrm{NO_x}$ | keine | nur Wasser |
| Rohstoffe | Erdöl, Erdgas (endlich) | Lithium, Cobalt, Nickel | Strom oder Erdgas zur Herstellung |
| Infrastruktur | dicht ausgebaut | Ladenetz im Aufbau | wenige Tankstellen |
Das Urteil hängt davon ab, wie der Strom bzw. Wasserstoff erzeugt wird. Mit Strom aus Wind und Sonne sind Akku und Brennstoffzelle deutlich klimafreundlicher.
Eine Wärmepumpe nutzt Umweltwärme und braucht für 1 kWh Heizwärme nur etwa 0,25 bis 0,33 kWh Strom. Mit Ökostrom entstehen kaum Emissionen. Fossile Energieträger sind dagegen endlich und setzen $\mathrm{CO_2}$ frei.
Nennen Sie jeweils einen Vorteil und einen Nachteil von a) Benzin als Energieträger und b) einem Lithium-Ionen-Akku.
Nennen Sie jeweils einen Vorteil und einen Nachteil von
- a) Benzin als Energieträger und
- b) einem Lithium-Ionen-Akku.
Ein Haushalt vergleicht Heizöl (Heizwert ca. $42\,\text{MJ}\cdot\text{kg}^{-1}$, $\approx 3{,}2\,\text{kg CO}2$ je kg) mit Erdgas. a) Berechnen Sie die…
Ein Haushalt vergleicht Heizöl (Heizwert ca. $42\,\text{MJ}\cdot\text{kg}^{-1}$, $\approx 3{,}2\,\text{kg CO}_2$ je kg) mit Erdgas.
- a) Berechnen Sie die $\mathrm{CO_2}$-Menge je $100\,\text{MJ}$ Heizöl.
- b) Bewerten Sie fossile Energieträger im Vergleich mit Wärmepumpe oder Wasserstoff.
Vergleichen Sie Brennstoffzellenauto, Batterieauto und Benzinauto. a) Nennen Sie für jeden der Bereiche Energie, Emissionen, Rohstoffe und Infrastruktur je zwei konkrete…
Vergleichen Sie Brennstoffzellenauto, Batterieauto und Benzinauto.
- a) Nennen Sie für jeden der Bereiche Energie, Emissionen, Rohstoffe und Infrastruktur je zwei konkrete Vergleichsaspekte.
- b) Treffen Sie eine begründete Entscheidung für den Stadtverkehr in Köln.
Zurück zum Anfang: Die Angabe auf der Flasche prüfst du durch Titration und Fehleranalyse, Rost erklärst du mit dem Lokalelement, und die Wahl des Energieträgers begründest du mit Kriterien.