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Metalle 1


Thema 1: Eigenschaften der Metalle

Aufgabe 1

Gegeben ist das Periodensystem der Elemente.
Metalle 1 - Abbildung 1

  1. Wo im Periodensystem findet man die Metalle, wo die Nichtmetalle?
    Die Metalle stehen im Periodensystem tendenziell unten links, mit Ausnahme von Wasserstoff. Die Nichtmetalle stehen demnach rechts oben im Periodensystem. Abgegrenzt werden Metalle und Nichtmetalle durch eine imaginäre Diagonale der Halbmetalle durch die Elemente von Bor bis Astat.
  2. Welches der folgenden Elemente ist ein Metall? Bitte ankreuzen:
    Natrium \(\boxtimes\) Brom \(\Box\) Calcium \(\boxtimes\) Schwefel \(\Box\) Fluor \(\Box\) Nickel \(\boxtimes\)
    Radon \(\Box\) Tantal \(\boxtimes\) Bor \(\Box\) Silicium \(\Box\) Quecksilber \(\boxtimes\) Blei \(\boxtimes\)
  • Schwierigkeitsgrad:  1
  • Zeit:  6 Minuten
  • Punkte:  8

Aufgabe 2

Nenne drei typische Materialeigenschaften von Metallen.

1. elektrische Leitfähigkeit 2. Wärmeleitfähigkeit 3. Verformbarkeit

(Alternative: metallischer Glanz)

  • Schwierigkeitsgrad:  1
  • Zeit:  4 Minuten
  • Punkte:  3

Aufgabe 3

Welchen dieser Gegenstände würdest du aus einem Metall herstellen, welchen nicht? Begründe, warum.

  1. Kochtopf:
    Aus Metall. Der Kochtopf würde gut die vom Herd erzeugte Wärme leiten.
  2. Bettdecke:
    Nicht aus Metall. Metalle leiten Wärme sehr gut. Eine Bettdecke sollte die Wärme allerdings nicht ableiten, sondern sie bewahren.
  3. Spiegel:
    Aus Metall. Eine typische Eigenschaft von Metallen ist ihr Glanz und der damit verbundene Spiegeleffekt. Er entsteht dadurch, dass das eintreffende Licht auf der glatten Metallfläche reflektiert wird.
  4. Elektrokabel:
    Aus Metall. Metalle sind elektrische Leiter, das heißt, sie leiten sehr gut elektrischen Strom. 
  5. Bremsflüssigkeit:
    Nicht aus Metall. Metalle haben einen Schmelzpunkt, der (außer bei Quecksilber) weit oberhalb der Raumtemperatur liegt. Und Quecksilber ist giftig.
  6. Heftklammern zum Tackern:
    Aus Metall. Metalle sind gut verformbar. Sollte man die Klammer lösen wollen, so ginge das ohne Mühe.
  • Schwierigkeitsgrad:  2
  • Zeit:  10 Minuten
  • Punkte:  12

Aufgabe 4

Manche Metalle sind reaktiver und damit weniger edel als andere. Ordne die folgenden Metalle nach steigender Reaktivität:

Gold Cäsium Eisen Zinn Kupfer
Gold Kupfer Zinn Eisen Cäsium
  • Schwierigkeitsgrad:  2
  • Zeit:  5 Minuten
  • Punkte:  5

Aufgabe 5

Was unterscheidet Metalle von Nichtmetallen, außer der Lage im Periodensystem? Verwende in deiner Erklärung die Begriffe „Atom“, „Valenzelektronen“ und „Ionen“.

Alle Atome streben nach der Edelgaskonfiguration; für Metalle und Nichtmetalle gibt es unterschiedliche Wege, sie zu erreichen. Metalle besitzen weniger Valenzelektronen als Nichtmetalle und geben sie ab, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen. Durch die entstandene positive Ladung liegen sie als Ionen vor, besser gesagt als Kationen. Nichtmetalle hingegen nehmen zum Erreichen der Edelgaskonfiguration Elektronen auf. Sie sind dann negativ geladen und man bezeichnet sie als Anionen.
  • Schwierigkeitsgrad:  3
  • Zeit:  5 Minuten
  • Punkte:  2

Thema 2: Reaktionen der Metalle

Aufgabe 1

Ergänze folgenden Lückentext mit den richtigen Begriffen aus der am Ende gegebenen Liste. Die Begriffe können auch gar nicht oder mehrfach verwendet werden.

Wenn Metalle mit anderen Elementen reagieren, dann sind sie stets bestrebt, ihre Valenzelektronen abzugeben. Dabei entsteht ein Kation. Ist der Reaktionspartner ein Nichtmetall, dann bildet dieses durch die Aufnahme der Valenzelektronen ein Anion, welches mit dem Metall-Kation ein Ionengitter bildet. Darin ziehen sich Kationen und Anionen elektrostatisch an.

Auswahlmöglichkeiten: Anion(en) / Kation(en) / Halbmetall / Valenzelektron(en) / freie Elektronenpaare / Ionengitter / Metallgitter / Nichtmetall / Metall / Proton(en) / Atom(e) / elektrostatisch / magnetisch / negativ / positiv

  • Schwierigkeitsgrad:  1
  • Zeit:  4 Minuten
  • Punkte:  5

Aufgabe 2

Wenn Sauerstoff mit Magnesium reagiert, entsteht Magnesiumoxid, dessen Summenformel MgO ist. Wenn Chlor mit Magnesium reagiert, entsteht MgCl2. Erkläre, warum Magnesium mit nur einem Sauerstoffatom reagiert, während es bei Chlor zwei sind.

Magnesium steht in der 2. Hauptgruppe und gibt demnach 2 Valenzelektronen ab. Sauerstoff steht in der 6. Gruppe, besitzt 6 Valenzelektronen und nimmt die 2 vom Magnesium abgegebenen Valenzelektronen auf. Somit erreichen beide Edelgaskonfiguration. Bei der Reaktion von Magnesium mit Chlor geht diese Rechnung nicht so glatt auf. Das Chloratom kann nämlich nur ein Valenzelektron vom Magnesium aufnehmen, da es bereits 7 Valenzelektronen besitzt. Damit keine Valenzelektronen übrig bleiben, reagiert ein Magnesiumatom mit 2 Chloratomen, die immer als Molekül vorkommen. Daraus ergibt sich für Magnesiumchlorid MgCl2.
  • Schwierigkeitsgrad:  2
  • Zeit:  5 Minuten
  • Punkte:  4

Aufgabe 3

Typisch ist die Reaktion einer Säure mit einem (unedlen) Metall.

  1. Nenne das allgemeine Schema der Reaktion einer Säure mit einem Metall:
    Säure + Metall \(\longrightarrow\) Wasserstoff + Salz
  2. Nenne die Wortgleichung und die Formelgleichung für die Reaktion von Calcium mit Salzsäure:
    Salzsäure + Calcium \(\longrightarrow\) Wasserstoff + Calciumchlorid
    2 HCl + Ca \(\longrightarrow\) H2 + CaCl2
  • Schwierigkeitsgrad:  2
  • Zeit:  5 Minuten
  • Punkte:  8

Aufgabe 4

Drei wichtige Metalle sind Eisen, Gold und Aluminium.

  1. Ordne diese drei Metalle nach steigender Reaktivität:
    Gold Eisen Aluminium
    -----------------------------------------------------------------►
    steigende Reaktivität
  2. Welches dieser Metalle wurde in der Menschheitsgeschichte als Erstes genutzt, welches als Letztes?
    Gold Eisen Aluminium
    -----------------------------------------------------------------►
    späteste Nutzung
  3. Nenne die Herstellungs- bzw. Gewinnungsmethode für jedes dieser drei Metalle:
    Gold: Goldwaschen
    Eisen: Reduktion von Eisenerz oder Eisenoxid im Hochofen
    Aluminium: Elektrolyse von Aluminiumoxid
  4. Erkläre, warum die Antwort zu Teilaufgabe b sich durch die Antwort auf Teilaufgabe c begründen lässt und inwieweit das mit der Fragestellung aus Teilaufgabe a zusammenhängt.
    Gold kommt in der Natur gediegen vor. Aus diesem Grund stand es der Menschheit von Anfang an als reines Metall zur Verfügung. Für die Herstellung von Eisen benötigt man ausreichend heiße Feuer. Erst mit dem Bau geeigneter Öfen wurde Eisen für den Menschen zugänglich gemacht. Für die Herstellung von Aluminium benötigt man Elektrizität, die erst spät technisch realisiert wurde.
    Je reaktiver das Metall, desto schwieriger seine Herstellung als Element, desto später wurde es durch den Menschen genutzt.
  • Schwierigkeitsgrad:  3
  • Zeit:  11 Minuten
  • Punkte:  13
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