9. Reaktionen mit Sauerstoff. Herstellung von Säuren und Laugen.

a. Reaktion von Metallen mit Sauerstoff

Beispiele:

2 Mg(s)

  +  

O2(g)

  →  

2 MgO(s)

  

4 Al(s)

  +  

3 O2(g)

  →  

2 Al2O3(s)

  

4 Na(s)

  +  

2 O2(g)

  →  

2 Na2O(s)


Metall  +  Sauerstoff  →  Metalloxid  

Verwendung von Metalloxiden:
•  Magnesiumoxid besitzt eine sehr große Feuerfestigkeit und wird deshalb für Ofenauskleidungen und zur Herstellung von Laborgeräten verwendet.
•  Herstellung von Metallen: Aluminium aus Aluminiumoxid, Eisen aus Eisenerzen.
•  Pigmente: typische Farbe von Eisen(III)-oxid, Minette (Land der Roten Erde). 

b. Reaktion von Nichtmetallen mit Sauerstoff

Beispiele:

C(s)

  +  

O2(g)

  →  

CO2(g)

 

S(s)

  +  

O2(g)

  →  

SO2(g)

 

4 P(s)

  +  

3 O2(g)

  →  

2 P2O3(s)


Nichtmetall  +  Sauerstoff  →  Nichtmetalloxid

Verwendung von Metalloxiden:
•  Kohlenstoffdioxid wird in der Getränkeindustrie benutzt um Kohlensäure herzustellen.
•  Schwefeldioxid wird in der Lebensmittelindustrie als Konservierungsstoff bei Trockenfrüchten und Wein benutzt.

Nachweisreaktion von Kohlenstoffdioxid:
Trübung von Kalkwasser (Ca(OH)2(aq)), es bildet sich eine Suspension aus fein verteilten Calciumcarbonat-Teilchen.

CO2(g)

  +  

Ca(OH)2(aq)

  →  

CaCO3(s)

  +  

H2O(l)

weißer
Niederschlag

c. Reaktion von Metalloxiden mit Wasser

Beispiele:

CaO(s)

  +  

H2O(l)

  →  

Ca(OH)2(aq)

  Kalkwasser

MgO(s)

  +  

H2O(l)

  →  

Mg(OH)2(aq)

  Magnesiumlauge 

Na2O(s)

  +  

H2O(l)

  →  

2 NaOH(aq)

  Natronlauge
    

Wässerige Lösungen von Hydroxiden bilden Laugen. Das Kennzeichen von Laugen ist die OH-Gruppe.
Stark konzentrierte Laugenlösungen sind ätzend, bei ihrer Benutzung muss man die nötigen Vorsichtsmassnahmen treffen.

Beispiele:
Natronlauge ist eine wässerige Lösung von Natriumhydroxid NaOH(s) 
Kalilauge ist eine wässerige Lösung von Kaliumhydroxid KOH(s)
Kalkwasser ist eine wässerige Lösung von Calciumhydroxid Ca(OH)2(s)

Laugen kann man mit Hilfe von Farbindikatoren nachweisen: 
Lauge + Lackmus:Farbumschlag nach blau
Lauge + Bromthymolblau:  Farbumschlag nach blau
Lauge + Phenolphtalein:  Farbumschlag nach karminrot

Metalloxid (Hauptgruppe I. und II.)  +  Wasser  →  Lauge

Verwendung von Laugen:
•  Laugen werden als Reinigungsmittel benutzt, denn sie lösen Fette. Flüssige Abflußreiniger enthalten vor allem stark konzentrierte Natronlauge.
•  Laugen werden bei der Herstellung von Seifen benutzt.
•  Bäcker benutzen Natronlauge um Laugenbretzeln herzustellen.
•  Laugen werden als Abbeizmittel benutzt, zum Entfernen von Farben und Überzügen.

d. Reaktion von Nichtmetalloxiden mit Wasser

Beispiele:

CO2(g)

  +  

H2O(l)

  →  

H2CO3(aq)

  Kohlensäure  

SO3(s)

  +  

H2O(l)

  →  

H2SO4(aq)

  Schwefelsäure  

P2O5(s)

  +  

3 H2O(l)

  →  

2 H3PO4(aq)

  Phosphorsäure
    

Säuren enthalten H-Atome.
Stark konzentrierte Säuren sind ätzend, bei ihrer Benutzung muss man die nötigen Vorsichtsmassnahmen treffen.

Säuren kann man mit Hilfe von Farbindikatoren nachweisen: 
Säure + Lackmus:Farbumschlag nach rot
Säure + Bromthymolblau:  Farbumschlag nach rot
Säure + Phenolphtalein:  Farbumschlag nach farblos

Nichtmetalloxid   +  Wasser  →  Säure

Verwendung von Säuren:
•  Säuren werden in der Lebensmittelindustrie benutzt, Phosphorsäure in Getränken, Essigsäure als Konservierungsstoff.
•  Die menschliche Magensäure besteht aus verdünnter Salzsäure.
•  Säuren werden als Entkalkungsmittel benutzt.

Saurer Regen (ein akutes Umweltproblem der 1970er Jahre: Waldsterben und Übersäuern von Seen) ist auf Säuren in den Niederschlägen zurückzuführen. 

e. Zusammenfassung

Namen und Formeln wichtiger Säuren und Basen    

· Säuren

Formel

Name

Allgemeine Eigenschaften

HCl(aq)
HNO3(aq)
HNO2(aq)
H2SO4(aq)
H2SO3(aq)
H2CO3(aq)
H3PO4(aq)
H3PO3(aq)     

Salzsäure 
Salpetersäure 
Salpetrige Säure 
Schwefelsäure 
Schwefelige Säure 
Kohlensäure 
Phosphorsäure 
Phosphorige Säure     

· sie verfärben die Indikatoren: 
  Lackmus → rot
  Bromthymolblau → gelb
  Phenolphtalein → farblos
· sie leiten den elektrischen Strom
· sie reagieren mit unedlen Metallen
  unter Bildung von Wasserstoff
· sie reagieren mit Kalkstein (Calciumcarbonat)
  unter Bildung von Kohlenstoffdioxid

· Basen (Laugen sind wässerige Lösungen von Basen)

Formel

Name

Allgemeine Eigenschaften

NaOH(s)
NaOH(aq)
KOH(s)
KOH(aq)
LiOH(s)
Ca(OH)2(s)
Ca(OH)2(aq)     
Al(OH)3(s)
NH3(aq)

Natriumhydroxid (Ätznatron)    
Natronlauge
Kaliumhydroxid (Ätzkali)
Kalilauge
Lithiumhydroxid
Calciumhydroxid 
Kalkwasser 
Aluminiumhydroxid 
Ammoniakwasser 

· sie fühlen sich seifig an
· sie verfärben die Indikatoren: 
  Lackmus → blau
  Bromthymolblau → blau
  Phenolphtalein → karminrot
· sie leiten den elektrischen Strom
· sie wirken ätzend
· sie emulgieren Fette und Öle

f. Aufgaben

1. Stelle jeweils die Gleichung mit Aggregatzuständen auf, richte ein und gib an, ob es sich um eine Synthese oder eine Analyse handelt.
a. Schwefel wird verbrannt (in der Verbindung ist Schwefel IV-wertig).




b. Quecksilber(II)-oxid wird zersetzt.




c. Phosphor(V) reagiert mit Sauerstoff zu einer festen Verbindung.




d. Wasser wird elektrolysiert.




e. Herstellung von gasförmigem Distickstofftrioxid.




f. Knallgasprobe.




2. Stelle die Oxidationsgleichungen mit Aggregatzuständen auf und benenne das Produkt:
a. Natrium




b. Aluminium




c. Silber(I)




d. Eisen(II)




e. Schwefel(IV) (gasförmiges Produkt)




f. Phosphor(V) (Produkt ist ein Feststoff)




g. Kohlenstoff(II)




h. Eisen(III)




i. Stickstoff (gasförmiges Produkt)




j. Blei(II)




k. Schwefel(VI) (Produkt ist ein Feststoff)




l. Quecksilber(II)




3. Stelle die Gleichungen mit Aggregatzuständen für die Reaktion der folgenden Oxide mit Wasser auf und gib den Namen des Produktes an.
a. Kohlenstoffdioxid





b. Schwefeltrioxid(fest)





c. Diphosphorpentaoxid(fest)





d. Lithiumoxid





e. Calciumoxid





f. Kaliumoxid





g. Bariumoxid







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