Abiturprüfung Chemie 2022 NRW - „Korrosionsprobleme im Bootssport“
Aufgabe 1:
Erklären Sie am Beispiel des Rostens den Begriff Korrosion! Erläutern Sie die Sauerstoffkorrosion von Eisen bis zur Entstehung von Eisen(II)-hydroxid!
Fachspezifische Hinweise:
Durch Korrosion können große Schäden an Schiffen oder Segelbooten auftreten. Eisenteile bzw. Stahlteile können in Kontakt mit Meerwasser nach kurzer Zeit korrodieren bzw. rosten. Beim Rosten reagiert das Eisen mit Sauerstoff und Wasser zu Eisen(II)-hydroxid.
Bei der Korrosion findet eine Elektronenübertragung vom Eisen auf auf die Sauerstoff-Moleküle statt
Im weiteren Verlauf der Korrosion reagiert das gebildete Eisen(II)-hydroxid mit Sauerstoff zu orange-braunem Eisen(III)-oxidhydroxid FeO(OH) („Rost“).
Aufgabe 2:
Skizzieren Sie einen möglichen experimentellen Aufbau zum Verzinken eines Eisen-Stücks. Erläutern Sie anhand von Teilgleichungen die Vorgänge, die beim Verzinken von Eisen ablaufen. Berechnen Sie die Stromstärke, bei der die Verzinkung der Ankerkette in Experiment 1 durchgeführt wurde!
Experiment 1: Verzinken einer Ankerkette
Eine Ankerkette aus Eisen mit einer Masse von 80,000 kg wird 4 Tage lang bei konstanter Stromstärke I verzinkt.
Nach dieser galvanischen Verzinkung betrug die Masse der verzinkten Kette 80,654 kg.
M (Zn) = 65,4 g/mol
Aufgabe 3:
Berechnen Sie die erwartete Spannung einer Konzentrationszelle aus der Vergleichshalbzelle und einer Halbzelle mit einer Probelösung, deren Konzentration dem Richtwert von 5,0 mg/l entspricht (Experiment 2)!
Erklären Sie, warum eine Spannung auftritt und begründen Sie mit Hilfe einer Rechung, wie sich die Spannung, ändert, wenn der Richtwert überschritten wird!
Experiment 2: Eine Konzentrationszelle
● Beim galvanischen Verzinken entstehen Lösungen, die Zn2+-Ionen enthalten und die nicht bedenkenlos entsorgt werden dürfen. Eine Massenkonzentration β (Zn2+) von 5 mg/l sollte dabei nicht überschritten werden.
● Mit Hilfe einer Konzentrationszelle kann man die Konzentration der zu entsorgenden Lösung bestimmen. Es werden dabei zwei Zinkhalbzellen unterschiedlicher Konzentration verwendet. Eine Vergleichshalbzelle besitzt eine Konzentration von 1 mol/l.
Die andere Halbzelle enthält die zu entsorgende Lösung.
Aufgabe 4:
Erläutern Sie die Beobachtungen, die man bei Experiment 3 macht – auch mit Hilfe von Teilgleichungen. Erläutern Sie in diesem Zusammenhang auch den Begriff „Opferanode“ und diskutieren Sie die Rahmenbedingungen, die zum Schutz des Eisen mit dieser Methode erfüllt sein müssen.
Experiment 3: Überprüfung des Effekts einer Opfer-Anode
An Schiffrümpfe kann man häufig Stücke aus Zink oder Magnesium erkennen. Diese Stücke werden als Opferanoden bezeichnet. Der Effekt einer Opferanode kann in Experimenten überprüft werden.
3a): Ein Eisennagel wird in eine Natriumchloridlösung gelegt.
Es werden die Nachweisreagenzien Phenolphthalein und Kaliumhexacyanpoferrat(III)-Lösung hinzugegeben.
Beobachtung: Um den Eisennagel erkennt an die Farben purpurrot und blau.
3b): Ein Eisennagel wird in eine Natriumchloridlösung gelegt. Am Eisennagel ist ein Zinkstück befestigt.
Es werden die Nachweisreagenzien Phenolphthalein und Kaliumhexacyanoferrat(III)-Lösung hinzu gegeben.
Beobachtung: Um den Eisennagel erkennt an die Farbe blau. Am Zinkstück bildet sich ein gelblich(-braun)er Niederschlag.
Zusatzinformationen:
● Rotes Blutlaugensalz (Kaliumhexacyanoferrat(III)) K3[Fe(CN)6] färbt sich bei Anwesenheit von Zn2+-Ionen gelblich(-braun.)
Vgl.: Vorlesung zum Anorganischchemischen Lehramtspraktikum chemischen Lehramtspraktikum I (lmu.de)
https://www.cup.lmu.de/ac/rusan/site/assets/files/1041/laac2-vorlesung_30_7.pdf
● Rotes Blutlaugensalz (Kaliumhexacyanoferrat(III)) K3[Fe(CN)6] färbt sich bei Anwesenheit von Fe2+-Ionen blau.
● Hydroxid-Ionen färben sich bei Anwesenheit von Phenolphthalein purpurrot.
