Chemie – die stimmt! - Rudolf-Hildebrand

„Chemie – die stimmt!“ 2015/16
Chemieolympiade des Landes Sachsen
1. Runde – Klassenstufe 8
Das PSE in Teilen
Finde die hier beschriebenen Elemente, indem du sie
aus den angegebenen Buchstabenpaaren zusammensetzt!
an – at – ef – el – er – ge – hw – in – ium – kr – li – ne
– nn – off – on – pl – rm – sc – si – ss – st – ton – um –
wa – yp – zi – zi
„Kleines Silberchen“ in Abgaskatalysatoren
Metall, das die Pest bekommen kann
Supermans Planet
Höllenelement
Hoffnungsträger der Brennstoffzelle
Deutsches Halbmetall
Leuchtendes Gas
Element aus Kieselsteinen für Solarzellen
Glück und Neid im Sammeln
Bernd fand am Ostseestrand einen Bernstein, der
stolze 15 g wiegt. Kuno wurde an einem Flusslauf in
Michigan fündig und sammelte dort ein ebenso schweres Kupfer-Nugget. Beide Naturforscher halten ihre
Schätze in der Hand und wollen sich gegenseitig übertrumpfen:
B: Dein Nugget sieht im Vergleich zu meinem Bernstein echt winzig aus!
K: Stimmt, dafür habe ich es aber mit einem Reinstoff
zu tun!
B: Und wenn, mein Bernstein fühlt sich einfach gut an,
so warm und geschmeidig!
K: Mein Kupfer lässt sich dafür aber toll bearbeiten!
B: Pfff! Du kannst es ja zu Pulver mahlen und dann
einfach verbrennen!
K: Sei du mal lieber ganz ruhig mit dem Verbrennen …
B: Kupfer findet sich in jedem Stromkabel, da bildest
du dir noch etwas auf deinen Klumpen ein!
K: Kupfer ist ein Edelmetall!
B: …dass ich nicht lache, Kupfer lässt sich nicht einmal
elektrostatisch aufladen!
Lege eine Tabelle an und vergleiche Bernstein und
Kupfer systematisch hinsichtlich Aussehens, gefühlte Wärme, Schwimmprobe, Verhalten beim Erhitzen und elektrischer Leitfähigkeit.
Hat Kuno wirklich Recht, wenn er sagt, Kupfer sei
ein Reinstoff, Bernstein aber nicht? Entscheide
und begründe.
Stimmt es, dass Kuno deutlich weniger in der Hand
hält als Bernd? Berechne die Volumina beider
Fundstücke!
Wenn Kupfer verbrennt, dann bildet sich Kupfer(II)oxid. Stelle die Reaktionsgleichung dafür auf und
erkläre, warum man dazu besser Kupfer in Pulverform verwendet.
Chloroxide
Chlor kann verschiedene Oxide bilden, die alle sehr reaktionsfähig sind. Summenformeln einiger Vertreter
sind z.B: ClO, Cl2O, Cl2O3, Cl2O4, Cl2O6, Cl2O7.
Benenne die sechs Substanzen systematisch.
Gib die LEWIS-Formeln für ClO2 und Cl2O7 an.
Ordne unten stehende Eigenschaften den gegebenen Stoffen bei Standardbedingungen zu (Mehrfachnennungen möglich), gib außerdem jeweils
Oxidationsstufen an.
Gasförmig; flüssig; ölig; radikalisch; leicht zersetzlich;
gelbbraun; blassgelb; farblos; tiefrot.
Bei der Reaktion von Cl2O6 mit Wasser entstehen
Perchlorsäure und Chlorsäure. Entwickle die Reaktionsgleichung.
Die bekannteste Säurelösung des Chlors entsteht
nicht aus einem Oxid. Erläutere die Bildung dieser
Säurelösung.
Das Beil von Ötzi
Kupfer ist ein hellrotes, hartes und gut schmiedbares
Schwermetall. Neben Gold, Silber und Zinn kannten
die Menschen vor 10 000 Jahren das Metall Kupfer. So
bestand das Beil des Steinzeitmenschen Ötzi unter anderem aus Kupfer. Zur damaligen Zeit wurde Kupfer
aus Malachit (vereinfacht: CuCO3 ∙ Cu(OH)2) hergestellt. Malachit wurde dazu im Kohlefeuer erhitzt.
Hinweis: ein Reaktionsprodukt lässt sich mit Bariumhydroxidlösung nachweisen.
Entwickle die chemischen Gleichungen für die ablaufenden Reaktionen.
Heute wird Kupfer unter anderem durch ein mehrschrittiges Verfahren aus Kupferkies (CuFeS2) gewonnen.
Weiterhin wird es häufig auch als Bestandteil von Legierungen verwendet.
Berechne die Masse eines Erzes (Anteil Kupferkies = 83 %), die verarbeitet werden muss, um eine
Tonne Kupfer zu gewinnen. Welches Volumen
Schwefeldioxid wird bei 0 °C dabei freigesetzt?
Gib drei Beispiele für Legierungen mit je einer Verwendungsmöglichkeit an.
Nenne 2 Vorteile dieser Legierungen als Werkstoff
gegenüber reinem Kupfer.
Experiment: Eingelegte Nägel
Reinige drei Eisennägel gründlich mit Schleifpapier.
Ein Nagel wird für ca. 1 Stunde vollständig in abgestandene Cola eingelegt. Drei Reagenzgläser werden mit
Essigessenz ca. 2 cm hoch gefüllt.

Gib in das erste Reagenzglas den in Cola eingelegten Nagel!

Gib in das zweite Reagenzglas einen weiteren Nagel!

Löse im dritten Reagenzglas eine Tablette Urotropin und gib einen weiteren Nagel hinein!
Notiere Deine Beobachtungen und entwickle für
alle ablaufenden Reaktionen die Reaktionsgleichung.
Erkläre anhand der experimentellen Ergebnisse
die Begriffe Passivierung und Inhibitor.
Beschreibe je ein weiteres Beispiel für beide Begriffe.
„Chemie – die stimmt!“ 2015/16
Chemieolympiade des Landes Sachsen
1. Runde – Klassenstufe 9
Element gesucht
Schwarz mit Schwefel, rot mit Chlor, kommt mit
Sauerstoff verschiedenfarbig vor.
Im Erz eines leichteren Freundes versteckt, ward es
erst vor ca. 90 Jahren entdeckt.
Silberhellglänzend und für Legierungen offen, obwohl sein Schmelzpunkt nahezu unübertroffen.
Zwei seiner Halogenide müssen in Glühlampen
schwitzen, eine Borverbindung kann sogar Diamanten ritzen.
Wenn es beim Erhitzen 10,0 g Sauerstoff verschluckt, entstehen rund 43,2 g Reaktionsprodukt.
Taucht dies Oxid der Stufe 7 in den Namensgeber
des Gesuchten ein, wird die Lösung dadurch ganz
schön sauer sein.
Mit Lauge wird dann zum Kalisalz neutralisiert, das
mit Faulgas auch zu genannt schwarzem Stoff reagiert.
Wenn hingegen Wasserstoff das Salz erkennt, entstehen Lauge, Wasser und das gesuchte Element.
Gib die Formeln der hervorgehobenen Stoffe
an.
Entwickle die Reaktionsgleichungen für die in
Text beschriebenen Reaktionen und benenne
alle Reaktionsprodukte, die das gesuchte Element enthalten.
Dehydratisierung
Dehydratisierung bedeutet das Abspalten von Wasser durch eine chem. Reaktion. Folgende Reinstoffe
sollen dabei maximal dehydratisiert werden:
Ameisensäure, Calciumhydroxid, Ethanol, Eisen(III)-hydroxid, Glucose, Wasserstoffperoxid.
Welche Produkte entstehen dabei, wie ist ihre
Summenformel und wie ist ihre Struktur?
Grob abgeschätzt
Das Volumen des gesamten Meerwassers auf der
Erde wird auf 1,332∙1018 m3 geschätzt. Ionische
Hauptbestandteile des Meerwassers sind Chlorid-,
Sulfat-, Hydrogencarbonat-, Natrium-, Magnesiumund Calcium-Ionen. Der Salzgehalt des Meerwassers wird vereinfacht als Massenanteil an Natriumchlorid angegeben und beträgt durchschnittlich
3,5%. Dieses in den Weltmeeren gelöste Salz lagerte einstmals auf dem Festland und wurde über
Jahrmillionen ins Meer eingebracht.
Notiere die Formel, den systematischen Namen
und den Trivialnamen von 4 Salzen, die beim
Eintrocknen von Meerwasser auskristallisieren
können.
Rechne den Massenanteil an Natriumchlorid in
die Stoffmengenkonzentration um. (Dichte
Meerwasser näherungsweise 1 g/cm3)
Eine gesättigte Lösung von Natriumchlorid hat
eine Stoffmengenkonzentration von 5,3 mol/l.
Erkläre den Begriff „gesättigte“ Lösung. Ermittle
das Konzentrationsverhältnis einer gesättigten
NaCl-Lösung zu durchschnittlichem Meerwasser.
Berechne die Höhe der Salzschicht, die das im
Meerwasser gelöste Salz auf den 1,4894 ∙ 108
km2 Landfläche der Erde einnehmen würde.
(Dichte Natriumchlorid 2,16 g/cm3)
Hilf dir selbst!
Im Labor ist von einer Chemikalienflasche, die eine
trübe Flüssigkeit enthält, das Etikett abgerissen.
Max untersucht die Lösung:
Die Lösung leitet den elektrischen Strom und färbt
den Indikator Phenolphthalein rotviolett.
Er stellt eine ziegelrote Flammenfärbung fest. Beim
Einleiten von Ausatemluft in die filtrierte Lösung fällt
ein weißer Feststoff aus.
Der abgetrennte Feststoff löst sich in Salzsäure auf.
Nach diesen Untersuchungen kennt Max die Substanz und beschließt, die Lösung frisch herzustellen. Zur Verfügung steht ihm u.a. das Metall.
Gib die Beschriftung des Etiketts mit Name, Trivialname und Formel an.
Erläutere die Beobachtungen bei den durchgeführten Untersuchungen.
Entwickle ausgehend vom Metall einen Experimentierplan zur Herstellung der frischen Lösung.
Berechne die Masse des Metalls, das zur Herstellung von 1 Liter gesättigter Lösung mindestens notwendig ist.
Experiment: Feuerzeuggas
Ein Feuerzeuggas wurde untersucht. Dazu wurde
erst die Dichte von 2,03 g/l bei 25 °C bestimmt und
daraus durch Berechnung die molare Masse ermittelt. Dabei ergab sich die Vermutung, dass es sich
um eine Mischung zweier homolog aufeinanderfolgender Kohlenwasserstoffe handelte.
Berechne die molare Masse. Nenne die beiden
Gase, aus denen das Gemisch bestehen
könnte und ermittle seine Zusammensetzung.
Um die Vermutung zu bestätigen wurden zwei
Gramm der Mischung verbrannt. Das entstehende
Gasgemisch wurde zuerst getrocknet, der Rest
durch Natronlauge geleitet, deren Masse dabei um
6,03 g zunahm.
Erläutere die Vorgänge beim Trocknen und
beim Einleiten in Natronlauge. Berechne vergleichend die Masseanteile der Gasmischung.
Beschreibe eine Möglichkeit zur Trocknung des
Gases.
„Chemie – die stimmt!“ 2015/16
Chemieolympiade des Landes Sachsen
1. Runde – Klassenstufe 10
Chemische Lieblingsrezepte
Folgende Stoffe werden zu einer augenscheinlich homogenen Masse verarbeitet:
(I) Eine Menge von 0,45 mol Saccharose.
(II) Eine im Vergleich zu (I) um zwei Drittel größere
Masse einer Emulsion, die technisch durch katalytische Hydrierung hergestellt wird.
(III) Gleichviel Masse wie bei (II) eines stärkehaltigen
nachwachsenden Rohstoffs, der zu Staubexplosionen neigt.
(IV) 4 Stück einer mit Calciumcarbonat ummantelten
Eiweißportion, die auch Fett enthält.
(V) So viele Gramm Natriumhydrogencarbonat, dass
durch dessen thermische Zersetzung bei 160°C unter Normdruck mindestens ein Liter gasförmiges
Kohlenstoffdioxid entsteht.
(VI) Eine Spatelspitze eines süß-würzigen Pulvers, das
nachweislich in Spuren das Gift Cumarin enthält.
Das Ergebnis wird in Celluloseförmchen abgefüllt und
diese in passende Vertiefungen eines Backbleches gesetzt. Die endotherme Reaktion wird in Gang gebracht,
Reaktionsbedingungen siehe unter (V), und zwar solange, bis die Maillard-Reaktion einsetzt.
„Übersetze“ die sechs hervorgehobenen Passagen
in backbuchübliche Angaben.
Berechne die Massen für (I), (II) und (V).
Gib die Reaktionsgleichung für die thermische Zersetzung an.
Bionade® – Pilz statt Pils
Bionade® wurde von dem Braumeister Dieter Leipold
entwickelt, als er einen Kombuchapilz geschenkt bekam.
Aus diesem Pilz wird in Asien ein Getränk hergestellt,
das angeblich das Immunsystem stärkt. In mühsamer
Laborarbeit extrahierte er aus dem Kombucha spezielle
Bakterien, die Zucker in Gluconsäure umwandeln. Bionade wird ganz ähnlich wie Bier hergestellt, so dass die
Produktionsanlage kaum umgebaut werden musste.
Verarbeitet wird Gerste, die anstatt mit Hefe mit den Gluconsäure-Bakterien versetzt wird.
Die Elementaranalyse von (E)
ergibt 54,54 % Kohlenstoff und 9,09 % Wasserstoff, der Rest ist Sauerstoff.
Ermittle die Strukturformeln und
Namen der Substanzen A bis F.
Alles Essig?
In der Natur bilden Essigsäurebakterien unter
aeroben Bedingungen Essigsäure
aus Ethanol. Großtechnisch kann
Essigsäure durch drei weitere Reaktionen gewonnen
werden:
(I) Reaktion von Butan mit O2 unter erhöhtem Druck
(II) Katalytische Reaktion von Acetaldehyd mit O2
(III) Carbonylierung von Methanol
Im Labormaßstab gehe man wie folgt vor: 1 ml Ethanol
wird im Reagenzglas mit 5 ml destilliertem Wasser versetzt. Nach Zugabe von 5 ml salpetersaurer Cer(IV)nitrat-Lösung wird das Reagenzglas mit einem Stopfen verschlossen und in einem heißen Wasserbad 10 Minuten
erwärmt. Im Ergebnis wurde ein stechender Geruch festgestellt, der nicht dem von Essig entsprach. Der Nachweis mit Schiffs Reagenz verlief positiv.
Notiere Gleichungen für alle Reaktionen!
Erläutere eine Möglichkeit, wie man aus dem Laboransatz doch noch Essigsäure erhalten könnte.
Stelle mögliche Reaktionsgleichungen für die Dehydratisierung von Essigsäure auf und benenne die
Reaktionsprodukte.
Es kann nur eine geben
Maxi und Moritz geben im Chemieunterricht verdünnte
saure Lösungen auf unedle Metalle. Maxi meint, es läuft
eine Säure-Base-Reaktion ab, Moritz besteht auf eine
Redoxreaktion.
Wer hat Recht? Erläutere deine Entscheidung!
Benenne die Substanzen (X),
(Y) und (Z) in der Reaktionsfolge.
Entwickle die Reaktionsgleichungen 1 und 2. Benenne die Reaktionsbedingungen.
Vergleiche Bionade mit Limonade.
Über den Reaktionsweg 2 kommt man weiterhin zu
Vitamin C. Vergleiche die Moleküle von Glucose und
Vitamin C hinsichtlich ihrer Strukturmerkmale.
Organische Chemie
Eine unbekannte organische Verbindung (A) reagiert katalytisch mit Wasser zur Substanz (B). Diese wird zuerst
vorsichtig zu (C) und dann weiter zu (D) oxidiert. (D) reagiert mit (B) zu einer neuen Substanz (E). (C) ist eine
Flüssigkeit mit charakteristisch stechendem Geruch. (D)
ist eine wichtige organische Säure.
Im Radio hören sie folgende Information: „...Chemieunfall! Es entwichen größere Mengen eines giftigen gelbgrünen Gases. Aufgrund einer falschen Etikettierung
wurde statt Schwefelsäure Salzsäure zu einer größeren
Menge Kaliumdichromat (K2Cr2O7) gegeben. Die Polizei
warnt alle Anwohner...“
Erstelle die Teilgleichungen und die Gesamtgleichung für diese Redoxreaktion.
Im Chemieunterricht untersuchen die beiden MgSO4(s),
NaNO2(s), FeSO4(s), NaHCO3(s) und SO2(g), indem sie
diese jeweils zu einer angesäuerten und verdünnten Kaliumpermanganatlösung geben.
Gib die zu erwartenden Beobachtungen für die einzelnen Stoffe an und begründe deine Antwort gegebenenfalls durch eine Reaktionsgleichung.
Allgemeine Informationen
„Chemie – die stimmt!“ 2015/16
Was ist „Chemie – die stimmt!“ ?
„Chemie - die stimmt!“ bietet SchülerInnen der 8. bis 10. Klassenstufen einen Einstieg in
die faszinierende Welt der Chemie. Ausgehend von den mittel- und norddeutschen Ländern wächst der Wettbewerb stetig weiter.
Zum Beginn eines Schuljahres lädt die erste Runde mit zum Knobeln, Recherchieren und
Experimentieren ein. Bereits auf der zweiten Ebene, den Landesrunden, trefft Ihr andere
naturwissenschaftlich interessierte Schüler-Innen und erhaltet einen Einblick in aktuelle
Themen der Chemie.
In den länderübergreifenden Finalrunden messen sich die Besten von euch nicht nur in
der Kategorie "Theorie". Als angehende Experimentatoren habt ihr auch die Gelegenheit,
euch in Teams im Labor auszuprobieren. Durch Experimentalvorträge an Universitäten,
Exkursionen zu industriellen Anlagen, sowie reichlich Kontakt zu Studierenden und Forschenden, hat ihr die Möglichkeit jeden Bereich der Chemie für euch zu entdecken. Bei
alldem gibt es nicht nur wertvolle Buchpreise zu gewinnen. Auch ist „Chemie - die stimmt!“
das ideale Sprungbrett zur Internationalen ChemieOlympiade.
Wann und wo gebe ich meine Lösungen ab?
Die Aufgaben der 1. Runde sollen selbstständig zuhause gelöst werden und die Lösungen spätestens bis zum
30. November 2015
bei deinem Chemielehrer bzw. bei deiner Chemielehrerin zur Korrektur abgegeben werden. Auf der eingereichten Lösung müssen dein Name, Vorname, Klassenstufe und eine
E-Mail-Adresse oder Telefonnummer sowie Name und Adresse deiner Schule stehen.
Wo erfahre ich mehr?
Bilder von vergangenen Runden, ehemalige Aufgaben, sowie weiterführende Informationen findest du unter:
www.chemie-die-stimmt.de
Wer unterstützt und fördert den Wettbewerb?

Die Kultusministerien der Länder
Sachsen-Anhalt und Thüringen

Der Fonds der Chemischen Industrie e.V.

Die Verlage Wiley-VCH, Thieme, Springer, de Gruyter und Cornelsen

Die Unternehmen The Dow Chemical Company, die W2E Wind to Energy GmbH
und die Total Deutschland GmbH
Mecklenburg-Vorpommern,
Sachsen,
Ausgetragen vom:
Förderverein ChemieOlympiade e.V.
(FChO) www.fcho.de
Landesbeauftragte zu:
Lehrerfragen:
Romy Schneider
Aufgaben & Ablauf: Frederick Stein
Allgemeinem:
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