Lehrpersonenkommentar

Aufgabe 1.1 (A): Nenne fünf grundlegende Laborregeln.

Lösung: (1) Schutzbrille tragen. (2) Nicht essen, trinken oder Kaugummi kauen im Labor. (3) Lange Haare zusammenbinden. (4) Geschlossene Schuhe tragen. (5) Nur unter Aufsicht der Lehrperson experimentieren.

Aufgabe 1.2 (A): Ordne die GHS-Symbole den richtigen Bedeutungen zu.

Lösung: GHS01 = Explodierende Bombe (explosionsgefährlich), GHS02 = Flamme (entzündbar), GHS03 = Flamme über Kreis (brandfördernd), GHS04 = Gasflasche (Gase unter Druck), GHS05 = Ätzwirkung (ätzend), GHS06 = Totenkopf (giftig), GHS07 = Ausrufezeichen (gesundheitsschädlich/reizend), GHS08 = Gesundheitsgefahr (schwere Gesundheitsgefahr), GHS09 = Umwelt (umweltgefährlich).

Aufgabe 1.3 (A): Was tust du, wenn dir eine Chemikalie auf die Haut gelangt?

Lösung: Sofort mit viel Wasser abspülen (mindestens 15 Minuten bei ätzenden Stoffen). Lehrperson informieren. Gegebenenfalls kontaminierte Kleidung ausziehen.

Aufgabe 1.4 (E): Erkläre den Unterschied zwischen H-Sätzen und P-Sätzen.

Lösung: H-Sätze (Hazard Statements) beschreiben die Gefährdungen, die von einem Stoff ausgehen (z.B. H225: Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar). P-Sätze (Precautionary Statements) beschreiben die Sicherheitsmassnahmen, die man treffen muss (z.B. P210: Von Hitze, heissen Oberflächen, Funken, offenen Flammen und anderen Zündquellen fernhalten).

Aufgabe 1.5 (E): Warum ist es wichtig, beim Erhitzen von Flüssigkeiten Siedesteinchen zu verwenden?

Lösung: Siedesteinchen verhindern einen Siedeverzug. Ohne Siedesteinchen kann sich eine Flüssigkeit über ihren Siedepunkt hinaus erhitzen und dann plötzlich heftig aufkochen, was zu Verspritzen und Verbrennungen führen kann. Die Siedesteinchen erzeugen kleine Gasbläschen, die ein gleichmässiges Sieden ermöglichen.

Aufgabe 1.6 (P): Ein Sicherheitsdatenblatt enthält unter Abschnitt 2 folgende H-Sätze: H302, H315, H319. Was bedeuten diese und welche Schutzmassnahmen sind nötig?

Lösung: H302 = Gesundheitsschädlich bei Verschlucken. H315 = Verursacht Hautreizung. H319 = Verursacht schwere Augenreizung. Schutzmassnahmen: Schutzbrille und Handschuhe tragen, nicht in der Nähe von Lebensmitteln arbeiten, nach Hautkontakt gründlich mit Wasser und Seife waschen, bei Augenkontakt sofort mit Wasser ausspülen.

Aufgabe 1.7 (A): Beschrifte die Teile des Bunsenbrenners.

Lösung: Von unten nach oben: Gasanschluss, Fuss/Sockel, Gaszufuhr (Regulierschraube), Luftzufuhr (Luftregulierung/Hülse), Brennerrohr, Flamme. Die leuchtende Flamme (gelb) entsteht bei geschlossener Luftzufuhr, die rauschende Flamme (blau) bei geöffneter Luftzufuhr. Die rauschende Flamme ist heisser.

Aufgabe 1.8 (E): Erkläre, warum man die Gasregulierung immer vor dem Anzünden öffnet und nicht umgekehrt.

Lösung: Man öffnet zuerst die Gaszufuhr leicht und zündet dann sofort an. Wenn man zuerst das Gas voll aufdreht und dann versucht zu zünden, strömt eine grosse Menge Gas aus, die sich explosionsartig entzünden kann (Verpuffung). Bei der richtigen Reihenfolge ist die Gasmenge kontrolliert und die Flamme entzündet sich sicher.

Aufgabe 1.9 (P): Erstelle eine Risikoanalyse für das Experiment «Erhitzen von Kupfersulfat-Lösung».

Lösung: Gefahren: Kupfersulfat ist umweltgefährlich (GHS09) und gesundheitsschädlich (GHS07). Heisse Flüssigkeit kann spritzen. Risikobewertung: mittleres Risiko. Massnahmen: Schutzbrille, Handschuhe, Siedesteinchen verwenden, nur kleine Mengen erhitzen, Abdampfschale verwenden, Lösung nicht in den Abguss schütten sondern im Schwermetall-Abfallbehälter entsorgen.

Aufgabe 2.1 (A): Nenne fünf Stoffeigenschaften, mit denen man Stoffe unterscheiden kann.

Lösung: Farbe, Geruch, Schmelzpunkt, Siedepunkt, Dichte, Löslichkeit, elektrische Leitfähigkeit, Härte, Magnetismus. (Fünf davon genügen.)

Aufgabe 2.2 (A): Ordne die Stoffe Wasser, Eisen, Sauerstoff und Speiseöl den Aggregatzuständen bei Raumtemperatur zu.

Lösung: Fest: Eisen. Flüssig: Wasser, Speiseöl. Gasförmig: Sauerstoff.

Aufgabe 2.3 (E): Erkläre mit dem Teilchenmodell, warum ein fester Stoff seine Form behält, eine Flüssigkeit jedoch nicht.

Lösung: Im festen Zustand sind die Teilchen eng beieinander und in einer festen Anordnung. Sie schwingen nur um ihre Ruhelage. Daher behält der Feststoff seine Form. In einer Flüssigkeit sind die Teilchen zwar noch nahe beieinander, aber sie können sich gegeneinander verschieben. Die Anziehungskräfte sind schwächer als im Feststoff. Deshalb nimmt eine Flüssigkeit die Form des Gefässes an, behält aber ihr Volumen.

Aufgabe 2.4 (E): Erkläre den Unterschied zwischen einem Reinstoff und einem Gemisch. Gib je zwei Beispiele.

Lösung: Ein Reinstoff besteht aus nur einer Sorte von Teilchen und hat konstante Eigenschaften (z.B. Siedepunkt). Beispiele: destilliertes Wasser, reines Kochsalz (NaCl), Eisen. Ein Gemisch besteht aus zwei oder mehr Reinstoffen, die miteinander vermischt sind. Die Eigenschaften hängen von der Zusammensetzung ab. Beispiele: Salzwasser, Luft, Granit, Milch.

Aufgabe 2.5 (A): Nenne die Zustandsänderungen und ihre Namen: fest → flüssig, flüssig → gasförmig, usw.

Lösung: Fest → flüssig: Schmelzen. Flüssig → gasförmig: Verdampfen (Sieden). Gasförmig → flüssig: Kondensieren. Flüssig → fest: Erstarren. Fest → gasförmig: Sublimieren. Gasförmig → fest: Resublimieren (Desublimieren).

Aufgabe 2.6 (P): Ein unbekannter Feststoff hat eine Masse von 45 g und ein Volumen von 5.0 cm³. Berechne die Dichte und bestimme den Stoff mithilfe einer Dichtetabelle.

Lösung: ρ = m / V = 45 g / 5.0 cm³ = 9.0 g/cm³. Vergleich mit Tabelle: Kupfer hat eine Dichte von ca. 8.9 g/cm³ – der Stoff ist wahrscheinlich Kupfer.

Aufgabe 2.7 (E): Welches Trennverfahren würdest du verwenden, um Sand aus Salzwasser zu entfernen? Begründe.

Lösung: Filtrieren. Sand ist in Wasser unlöslich und bleibt als Rückstand im Filter zurück, während die Salzlösung durch das Filterpapier fliesst. (Anschliessend kann man das Salz durch Eindampfen gewinnen.)

Aufgabe 2.8 (P): Beschreibe, wie du aus einem Gemisch aus Sand, Salz und Eisenspänen die drei Reinstoffe gewinnen kannst.

Lösung: Schritt 1: Eisenspäne mit einem Magneten entfernen (Magnetismus). Schritt 2: Verbleibendes Gemisch (Sand + Salz) in Wasser lösen – das Salz löst sich, der Sand nicht. Schritt 3: Filtrieren – Sand bleibt im Filter (trocknen lassen). Schritt 4: Filtrat (Salzwasser) eindampfen – Salzkristalle bleiben zurück.

Aufgabe 2.9 (P): Erkläre, warum Papierchromatografie funktioniert, und warum sich verschiedene Farben unterschiedlich weit bewegen.

Lösung: Bei der Papierchromatografie wird ein Gemisch (z.B. Filzstiftfarbe) in seine Bestandteile aufgetrennt. Das Lösungsmittel (Wasser) wandert durch das Papier (Kapillarwirkung) und nimmt die gelösten Farbstoffe mit. Farbstoffe, die sich gut im Lösungsmittel lösen, werden weiter mitgenommen. Farbstoffe, die stärker am Papier haften, bleiben weiter unten. So trennen sich die Farben auf.

Aufgabe 3.1 (A): Nenne drei Anzeichen für eine chemische Reaktion.

Lösung: (1) Farbänderung. (2) Gasbildung (Blasen, Geruch). (3) Wärmeentwicklung oder Abkühlung. Weitere: Lichterscheinung, Niederschlagsbildung, neuer Stoff mit neuen Eigenschaften.

Aufgabe 3.2 (A): Entscheide, ob es sich um eine chemische Reaktion oder einen physikalischen Vorgang handelt: (a) Zucker löst sich in Wasser, (b) Holz verbrennt, (c) Wasser verdampft, (d) Milch wird sauer.

Lösung: (a) Physikalisch – der Zucker bleibt Zucker, er ist nur gelöst. (b) Chemisch – es entstehen neue Stoffe (CO₂, H₂O, Asche). (c) Physikalisch – das Wasser bleibt Wasser, nur der Aggregatzustand ändert sich. (d) Chemisch – Milchzucker wird durch Bakterien in Milchsäure umgewandelt.

Aufgabe 3.3 (E): Stelle die Wortgleichung für die Verbrennung von Kohlenstoff auf.

Lösung: Kohlenstoff + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid. Edukte: Kohlenstoff und Sauerstoff. Produkt: Kohlenstoffdioxid.

Aufgabe 3.4 (E): Erkläre das Gesetz der Massenerhaltung (Lavoisier) in eigenen Worten.

Lösung: Bei einer chemischen Reaktion ist die Gesamtmasse der Edukte (Ausgangsstoffe) gleich der Gesamtmasse der Produkte (Endstoffe). Es geht keine Masse verloren und es kommt keine hinzu. Die Atome werden nur umgruppiert, nicht vernichtet oder neu erschaffen.

Aufgabe 3.5 (E): Beschreibe die Knallgasprobe und erkläre, was sie nachweist.

Lösung: Man fängt das zu prüfende Gas in einem Reagenzglas auf und hält eine brennende Flamme (Holzspan) an die Öffnung. Wenn ein pfeifendes «Plopp» zu hören ist, handelt es sich um Wasserstoff (H₂). Bei einem dumpfen Knall ist das Gas mit Luft gemischt (Knallgas = H₂ + O₂), was gefährlich sein kann.

Aufgabe 3.6 (P): Zeichne ein Energiediagramm für eine exotherme Reaktion. Beschrifte Edukte, Produkte, Aktivierungsenergie und freigesetzte Energie.

Lösung: Das Energiediagramm zeigt auf der y-Achse die Energie und auf der x-Achse den Reaktionsverlauf. Die Edukte liegen auf einem höheren Energieniveau als die Produkte. Dazwischen befindet sich ein Energieberg (Aktivierungsenergie). Die Differenz zwischen Edukt- und Produktniveau ist die freigesetzte Energie (ΔE < 0). Bei einem Katalysator ist der Energieberg niedriger, die freigesetzte Energie bleibt gleich.

Aufgabe 3.7 (P): Erkläre, warum ein Katalysator eine Reaktion beschleunigt, ohne dabei selbst verbraucht zu werden.

Lösung: Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer Reaktion, indem er einen alternativen Reaktionsweg mit niedrigerer Energiebarriere ermöglicht. Er geht zwar eine vorübergehende Verbindung mit den Edukten ein, wird aber am Ende der Reaktion unverändert zurückgebildet. Deshalb wird er nicht verbraucht und kann immer wieder wirken.

Aufgabe 4.1 (A): Nenne die drei Bedingungen des Verbrennungsdreiecks.

Lösung: (1) Brennbarer Stoff (Brennstoff). (2) Sauerstoff (Luft). (3) Erreichen der Zündtemperatur (Wärme/Energie). Fehlt eine der drei Bedingungen, gibt es keine Verbrennung.

Aufgabe 4.2 (A): Erkläre, warum man einen Fettbrand NICHT mit Wasser löschen darf.

Lösung: Brennendes Fett hat eine Temperatur von über 300 °C. Wenn Wasser darauf geschüttet wird, verdampft es sofort explosionsartig (Volumenvergrösserung um das ca. 1700-fache). Der Wasserdampf reisst das brennende Fett mit sich in die Höhe – es entsteht eine riesige Stichflamme (Fettexplosion). Fettbrände löscht man durch Abdecken (Deckel, Löschdecke) oder mit einem speziellen Fettbrandlöscher.

Aufgabe 4.3 (E): Stelle die Wortgleichung für die Verbrennung von Magnesium auf und benenne das Produkt.

Lösung: Magnesium + Sauerstoff → Magnesiumoxid. Das Produkt Magnesiumoxid ist ein weisses Pulver. Die Reaktion ist stark exotherm und erzeugt ein sehr helles, weisses Licht.

Aufgabe 4.4 (E): Erkläre, welche Bedingungen Eisen zum Rosten braucht und wie man Rosten verhindern kann.

Lösung: Eisen braucht zum Rosten: Sauerstoff UND Wasser (Feuchtigkeit). Ohne eines der beiden findet keine Korrosion statt. Rostschutz: (1) Beschichtung – Lackieren, Verzinken, Verchromen, Einölen (verhindert Kontakt mit Wasser und Sauerstoff). (2) Legierung – Edelstahl enthält Chrom, das eine schützende Oxidschicht bildet. (3) Kathodischer Schutz – ein unedleres Metall (z.B. Zink) «opfert» sich und rostet statt dem Eisen.

Aufgabe 4.5 (P): Erkläre den Unterschied zwischen Oxidation und Reduktion. Beschreibe eine Redoxreaktion mit einem Beispiel.

Lösung: Oxidation = Aufnahme von Sauerstoff (oder allgemeiner: Abgabe von Elektronen). Reduktion = Abgabe von Sauerstoff (oder: Aufnahme von Elektronen). Beide laufen immer gleichzeitig ab (Redoxreaktion). Beispiel: Kupferoxid + Kohlenstoff → Kupfer + Kohlenstoffdioxid. Das Kupferoxid wird reduziert (gibt Sauerstoff ab → Kupfer entsteht). Der Kohlenstoff wird oxidiert (nimmt Sauerstoff auf → CO₂ entsteht).

Aufgabe 4.6 (P): Warum verbrennt Eisenwolle leicht, ein Eisennagel aber nicht? Erkläre mit dem Begriff «Oberfläche».

Lösung: Eisenwolle hat im Vergleich zu ihrer Masse eine sehr grosse Oberfläche. Dadurch hat mehr Eisen gleichzeitig Kontakt mit Sauerstoff, und die Reaktion kann schneller ablaufen. Der Nagel hat eine viel kleinere Oberfläche im Verhältnis zu seiner Masse – die Wärme kann nicht schnell genug entstehen, um die Zündtemperatur zu halten. Je grösser die Oberfläche, desto schneller die Verbrennung (Prinzip auch bei Staubexplosionen).

Aufgabe 5.1 (A): Was bedeutet der pH-Wert? Ordne die folgenden pH-Werte zu: sauer, neutral, basisch: pH 2, pH 7, pH 12, pH 5, pH 9.

Lösung: Der pH-Wert gibt an, wie sauer oder basisch eine Lösung ist. Die Skala reicht von 0 (stark sauer) bis 14 (stark basisch). pH 7 ist neutral. Zuordnung: pH 2 = sauer, pH 5 = sauer, pH 7 = neutral, pH 9 = basisch, pH 12 = basisch.

Aufgabe 5.2 (A): Nenne drei Alltagsbeispiele für Säuren und drei für Basen.

Lösung: Säuren: Zitronensaft (Zitronensäure), Essig (Essigsäure), Magensäure (Salzsäure), Cola (Phosphorsäure). Basen: Seife/Waschmittel (Natronlauge), Backpulver (Natriumhydrogencarbonat), Rohrreiniger (Natriumhydroxid), Kalkwasser (Calciumhydroxid).

Aufgabe 5.3 (E): Beschreibe, wie Rotkrautsaft als Indikator funktioniert und welche Farben er bei verschiedenen pH-Werten zeigt.

Lösung: Rotkrautsaft enthält den Farbstoff Anthocyan, der seine Farbe je nach pH-Wert ändert. In saurer Lösung (pH 1–3): rot. Schwach sauer (pH 4–6): violett/pink. Neutral (pH 7): blau-violett. Schwach basisch (pH 8–10): grün/blau-grün. Stark basisch (pH 11–14): gelb/gelb-grün.

Aufgabe 5.4 (E): Erkläre, was bei einer Neutralisation passiert.

Lösung: Bei einer Neutralisation reagiert eine Säure mit einer Base. Dabei entstehen ein Salz und Wasser. Beispiel: Salzsäure + Natronlauge → Natriumchlorid (Kochsalz) + Wasser. Die sauren und basischen Eigenschaften heben sich gegenseitig auf – die Lösung wird neutral (oder nahezu neutral, je nach Mengenverhältnis).

Aufgabe 5.5 (P): Stelle die Wortgleichung für die Reaktion von Schwefelsäure mit Kalkwasser (Calciumhydroxid) auf und benenne das entstehende Salz.

Lösung: Schwefelsäure + Calciumhydroxid → Calciumsulfat + Wasser. Das Salz Calciumsulfat ist besser bekannt als Gips.

Aufgabe 5.6 (P): Welches Salz entsteht bei der Neutralisation von Essigsäure mit Natronlauge? Wie heisst es im Alltag?

Lösung: Essigsäure + Natronlauge → Natriumacetat + Wasser. Natriumacetat wird als Konservierungsmittel (E 262) in Lebensmitteln verwendet und ist Bestandteil von Handwärmern (Taschenwärmern).

Aufgabe 5.7 (A): Warum soll man bei Sodbrennen kein Backpulver nehmen, obwohl es die Magensäure neutralisiert?

Lösung: Backpulver (Natriumhydrogencarbonat) neutralisiert zwar die Magensäure, aber dabei entsteht CO₂-Gas. Das Gas dehnt den Magen und kann Aufstossen und Blähungen verursachen. Ausserdem regt die schnelle Neutralisation den Magen an, noch mehr Säure zu produzieren (Rebound-Effekt). Besser sind Antazida aus der Apotheke, die langsamer wirken.

Aufgabe 6.1 (A): Beschreibe den Wasserkreislauf in eigenen Worten.

Lösung: Wasser verdunstet aus Meeren, Seen und Flüssen durch die Sonnenwärme. Der Wasserdampf steigt auf, kühlt sich in der Höhe ab und kondensiert zu Wolken (winzige Wassertröpfchen). Wenn die Tröpfchen gross genug sind, fallen sie als Niederschlag (Regen, Schnee) auf die Erde zurück. Das Wasser fliesst über Bäche und Flüsse zurück ins Meer oder versickert im Boden (Grundwasser). Dann beginnt der Kreislauf von vorne.

Aufgabe 6.2 (E): Erkläre den Kohlenstoffkreislauf und nenne drei Kohlenstoffspeicher.

Lösung: Im Kohlenstoffkreislauf wird Kohlenstoff ständig zwischen verschiedenen Speichern ausgetauscht. Pflanzen nehmen CO₂ aus der Luft auf (Fotosynthese) und bauen Kohlenstoff in ihre Biomasse ein. Tiere fressen Pflanzen und atmen CO₂ aus. Abgestorbene Organismen werden zersetzt – dabei wird CO₂ freigesetzt. Über Millionen Jahre können Kohlenstoffverbindungen zu fossilen Brennstoffen (Kohle, Erdöl, Erdgas) werden. Kohlenstoffspeicher: (1) Atmosphäre (als CO₂), (2) Ozeane (gelöstes CO₂), (3) Gestein/Kalkstein, (4) Biomasse (Wälder), (5) Fossile Brennstoffe.

Aufgabe 6.3 (A): Nenne drei fossile Brennstoffe und erkläre, warum sie «fossile» heissen.

Lösung: Kohle, Erdöl und Erdgas. Sie heissen «fossil» (lat. fossilis = ausgegraben), weil sie aus den Überresten von Lebewesen entstanden sind, die vor Millionen von Jahren gelebt haben. Unter hohem Druck und hoher Temperatur wurden diese organischen Reste über Jahrmillionen in Brennstoffe umgewandelt.

Aufgabe 6.4 (E): Erkläre den Treibhauseffekt und warum die Verbrennung fossiler Brennstoffe zum Klimawandel beiträgt.

Lösung: Die Sonne erwärmt die Erdoberfläche. Die Erde strahlt Wärme (Infrarotstrahlung) zurück ins All. Treibhausgase (CO₂, Methan, Wasserdampf) in der Atmosphäre absorbieren einen Teil dieser Wärmestrahlung und strahlen sie zurück zur Erde. Dieser natürliche Treibhauseffekt hält die Erde warm genug für Leben. Problem: Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wird zusätzliches CO₂ freigesetzt, das seit Millionen Jahren im Boden gespeichert war. Die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre steigt → mehr Wärme wird zurückgehalten → die Erde erwärmt sich (Klimawandel).

Aufgabe 6.5 (P): Recherchiere, welche Rohstoffe in einem Smartphone stecken. Benenne mindestens fünf chemische Elemente und ihre Funktion.

Lösung: (1) Silizium – Halbleiter für Chips und Prozessoren. (2) Lithium – Akku (Lithium-Ionen-Batterie). (3) Kobalt – Kathode im Akku. (4) Kupfer – Leiterbahnen und Kabel. (5) Gold – Kontakte (korrosionsbeständig). (6) Tantal – Kondensatoren. (7) Seltene Erden (z.B. Neodym) – Magnete im Lautsprecher und Vibrationsmotor. (8) Aluminium – Gehäuse. (9) Indium – Touchscreen (Indiumzinnoxid, ITO).

Aufgabe 6.6 (A): Ordne die Abfallarten den richtigen Recyclingsystemen zu: Glas, PET, Alu, Papier, Batterien, Elektrogeräte.

Lösung: Glas → Glascontainer (nach Farbe sortiert: weiss, grün, braun). PET → PET-Sammelstelle (Detailhandel). Alu → Alu-Sammlung (Gemeinde oder Detailhandel). Papier/Karton → Papiersammlung (Gemeinde). Batterien → Batteriesammelstelle (Detailhandel, Rückgabepflicht). Elektrogeräte → SWICO-Rückgabe oder Gemeinde-Sammelstelle (Rückgabepflicht in der Schweiz).

Aufgabe 6.7 (P): Diskutiere: Ist Recycling immer sinnvoll? Nenne Argumente dafür und dagegen.

Lösung: Dafür: Spart Rohstoffe und Energie (Alu-Recycling braucht 95% weniger Energie als Neugewinnung). Reduziert Abfall und Umweltverschmutzung. Verringert Abhängigkeit von Rohstoffimporten. Dagegen/Einschränkungen: Recycling braucht auch Energie (Transport, Aufbereitung). Nicht alle Materialien lassen sich beliebig oft recyceln (z.B. Papier – Fasern werden kürzer). Bei manchen Stoffen ist Recycling teurer als Neugewinnung. «Downcycling»: Die Qualität nimmt ab (z.B. gemischtes Plastik). Fazit: Recycling ist meist sinnvoll, aber «Reduce» und «Reuse» sind noch besser.