Über 1,6 Millionen Schüler*innen nutzen sofatutor!
  • 93%

    haben mit sofatutor ihre Noten in mindestens einem Fach verbessert

  • 94%

    verstehen den Schulstoff mit sofatutor besser

  • 92%

    können sich mit sofatutor besser auf Schularbeiten vorbereiten

Eisenherstellung

Erfahre, wie Eisen, eines der wichtigsten Materialien, in der Natur vorkommt und gewonnen wird. Entdecke die Geschichte der Eisenherstellung, von früher bis zum Hochofenprozess. Neugierig? Dies und vieles mehr findest du in folgendem Text!

Du willst ganz einfach ein neues Thema lernen
in nur 12 Minuten?
Du willst ganz einfach ein neues
Thema lernen in nur 12 Minuten?
  • Das Mädchen lernt 5 Minuten mit dem Computer 5 Minuten verstehen

    Unsere Videos erklären Ihrem Kind Themen anschaulich und verständlich.

    92%
    der Schüler*innen hilft sofatutor beim selbstständigen Lernen.
  • Das Mädchen übt 5 Minuten auf dem Tablet 5 Minuten üben

    Mit Übungen und Lernspielen festigt Ihr Kind das neue Wissen spielerisch.

    93%
    der Schüler*innen haben ihre Noten in mindestens einem Fach verbessert.
  • Das Mädchen stellt fragen und nutzt dafür ein Tablet 2 Minuten Fragen stellen

    Hat Ihr Kind Fragen, kann es diese im Chat oder in der Fragenbox stellen.

    94%
    der Schüler*innen hilft sofatutor beim Verstehen von Unterrichtsinhalten.
Bewertung

Ø 3.6 / 40 Bewertungen
Die Autor*innen
Avatar
André Otto
Eisenherstellung
lernst du in der Unterstufe 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse

Eisenherstellung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Eisenherstellung kannst du es wiederholen und üben.
  • Schildere die Herstellung von Stahl aus Eisenerz.

    Tipps

    Im Hochofen wird Roheisen hergestellt.

    Lösung

    Eisen kommt in der Natur nicht in reiner Form vor. Es liegt in Form von Eisenerzen in bestimmten Gesteinsschichten vor. Eisenerze sind häufig Verbindungen des Eisens mit Sauerstoff.
    Nach dem Abbau des Eisenerzes muss dieses vor der Verhüttung aufbereitet werden. Es wird von Fremdgestein getrennt und zerkleinert. In Form von Pellets wird es zu den Hüttenwerken transportiert.
    Im Hochofen wird aus den Eisenerzen Roheisen hergestellt. Mit Kohlenstoff in Form von Koks wird Kohlenstoffmonoxid bei hohen Temperaturen hergestellt, dieses reduziert das Eisenerz zu Eisen. Dem Eisen sind jedoch noch viele Verunreinigungen beigemischt, darunter ist auch ein größerer Anteil an Kohlenstoff.
    Roheisen wird in Stahl umgewandelt, indem Sauerstoff in das flüssige Roheisen geblasen wird. Dabei wird der Kohlenstoff im Roheisen zu $CO_2$ oxidiert.
    Der Stahl kann nun verarbeitet werden. Dazu kann er rotglühend gezogen und gewalzt, gegossen oder gepresst werden.

  • Ergänze die vereinfachte Reaktionsgleichung zum Hochofenprozess.

    Tipps

    Beachte die Anzahl der Sauerstoffatome im Eisenoxid.

    Lösung

    Das Eisenoxid reagiert nicht direkt mit dem Kohlenstoff, da die Kontaktfläche zwischen beiden Stoffen zu gering ist. Es handelt sich bei beiden Stoffen um Feststoffe. Bei hohen Temperaturen reagiert Kohlenstoff jedoch mit Sauerstoff zu Kohlenstoffmonoxid, $CO$. Dabei reagiert Kohlenstoff mit Sauerstoff zunächst zu $CO_2$, dieses reagiert mit weiterem Kohlenstoff zu zwei Äquivalenten Kohlenstoffmonoxid.
    $Fe_2O_3$ wird vom $CO$ zu Eisen reduziert. Dabei entsteht außerdem $CO_2$. Da in einem Äquivalent Eisenoxid drei Sauerstoffatome enthalten sind, werden bei der Reaktion auch drei Äquivalente $CO$ verbraucht. Es entstehen zwei Äquivalente Eisen und drei Äquivalente $CO_2$.

  • Entscheide, welche Erfindungen die Produktivität von Hochöfen im 18. und 19. Jahrhundert bedeutend erhöht haben.

    Tipps

    Zur Erzeugung der nötigen Temperaturen muss über große Gebläse Luft in den Hochofen geblasen werden.

    Die Verunreinigungen des Roheisens stammen zum Teil aus dem Brennmaterial.

    Lösung

    Im 18. Jahrhundert fand die industrielle Revolution statt. In dieser Zeit wurden viele industrielle Prozesse optimiert und die Produktion um ein Vielfaches gesteigert. Der Motor hierfür war die Steinkohle. Mit Steinkohle wurde die notwendige Energie produziert. Da Steinkohle aber viele Verunreinigungen aufweist, wurden viele Prozesse ineffizient durchgeführt. Mit der Einführung von Kokereien änderte sich das: Unter Sauerstoffausschluss wird die Steinkohle unter kontrollierten Bedingungen stark erhitzt. Dabei verbrennt nicht der Kohlenstoff, jedoch viele der Verunreinigungen. Auch Gase, die in die Kohle eingeschlossen sind, können so entfernt werden.
    Koks liefert eine höhere Energie als Kohle und verbrennt sauberer. Daher hat sie für die Verhüttung von Eisen eine große Bedeutung. Die notwendigen Temperaturen können leichter erreicht werden und das Roheisen enthält wesentlich weniger Verunreinigungen. Dies führt zu einer höheren Produktion der Eisenhüttenwerke und zu einer besseren Stahlqualität.
    Die Temperaturen im Hochofen können jedoch nur erreicht werden, wenn genügend heiße Luft in den Hochofen geblasen wird. Hier waren die Dampfmaschinen von großer Bedeutung. Mit ihrer Hilfe wurden große Gebläse betrieben, die es erst ermöglichten, sehr große und produktive Hochöfen zu betreiben.

  • Stelle die Reaktionsgleichung zur Entfernung von Verunreinigungen des Roheisens auf.

    Tipps

    Achte darauf, dass auf beiden Seiten der Reaktionspfeile von allen Atomen die gleiche Anzahl vorhanden ist.

    Das Oxid des Schwefels ist $SO_2$, das Oxid des Phosphors ist $P_2O_5$.

    Lösung

    Sowohl Kohle als auch Eisenerze können größere Mengen an Schwefel- und Phosphorverbindungen enthalten. Auch diese werden im Hochofen von Kohlenstoffmonoxid reduziert, dabei entstehen Schwefel und Phosphor. Diese sind dann auch im Roheisen enthalten und müssen daraus entfernt werden.
    Durch Reaktion mit Sauerstoff entstehen aus den Elementen die Oxide. Dazu wird in die sehr heiße, flüssige Roheisenmasse über 20 Minuten Sauerstoff geblasen.
    Schwefel reagiert dabei zu Schwefeldioxid, $SO_2$. Das Gas entweicht aus dem flüssigen Roheisen. Um ein Molekül $S_8$ zu oxidieren, werden acht Moleküle $O_2$ benötigt. Es entstehen also auch acht Moleküle $SO_2$.
    Phosphor reagiert mit Sauerstoff zu der Verbindung Phosphorpentoxid, $P_2O_5$. Zwei Moleküle der Verbindung enthalten zehn Sauerstoffatome, daher werden zur Reaktion von vier Phosphoratomen zu Phosphorpentoxid fünf $O_2$ Moleküle benötigt.

  • Nenne die wichtigsten Eisenerze.

    Tipps

    Der Name Cuprit verrät bereits, welches Metall in diesem Erz enthalten ist.

    Lösung

    Die größte Menge des Eisens auf der Welt liegt in Form von Eisenoxiden vor. Dabei ist das Eisenoxid $Fe_2O_3$ das häufigste. Der Name des Minerals ist Hämatit.
    Auch bei dem Mineral Magnetit handelt es sich um ein Eisenoxid. Es hat die Zusammensetzung $Fe_3O_4$. Wie der Name andeutet, ist es eines der am stärksten magnetischen Materialien in der Natur.
    Eisen kommt auch in Form von Eisencarbonat vor. Dies hat die Formel $Fe(CO_3)$ und wird als Siderit bezeichnet. Im Deutschen wird es auch Eisenkalk genannt.
    Die beiden übrigen Mineralien sind keine Eisenerze. Bei Cuprit handelt es sich um ein Kupferoxid, Aragonit ist der Name einer bestimmten Form von Kalk, $Ca(CO_3)$.

  • Ermittle, welche Eisenverbindungen in welchem Bereich des Hochofens hauptsächlich vorliegen.

    Tipps

    Der Hochofen wird mit Eisenerz, also hauptsächlich $Fe_2O_3$, befüllt.

    Lösung

    Eisenerz besteht zu einem Großteil aus Eisen(III)-oxid, dieses hat die Formel $Fe_2O_3$. Der Hochofen wird mit diesem Material von oben befüllt, daher ist im oberen Bereich hauptsächlich $Fe_2O_3$ vorhanden.
    Nun wird das Eisenoxid schrittweise zu elementarem Eisen reduziert. Als Reduktionsmittel dient dabei Kohlenstoffmonoxid. Im ersten Schritt wird das Eisen zu $Fe_3O_4$ reduziert. Ein Drittel der Eisen-Kationen dieser Verbindung sind $Fe^{2+}$-Kationen, zwei Drittel sind $Fe^{3+}$-Kationen. Die Oxidationsstufe der Eisen-Kationen ist also im Mittel um $1 \over 3$ geringer.
    Bei höheren Temperaturen erfolgt die Reduktion zu Eisen(II)-oxid, $FeO$. In dieser Verbindung haben alle Eisen-Kationen die Oxidationsstufe +2, die durchschnittliche Oxidationsstufe ist also um $2 \over 3$ gesunken.
    Im letzten Reaktionsschritt, der die größte Menge Energie in Form von Wärme benötigt, wird Eisen(II)-oxid zu Eisen reduziert. Die Oxidationsstufe ändert sich dabei von +2 zu 0. Die Reduktion des Eisens ist damit abgeschlossen.