Chemie 9 NTG. Grundwissen. Gymnasium Höhenkirchen-Siegertsbrunn. In der Jahrgangsstufe 9 erwerben die Schüler folgendes Grundwissen:

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1 Grundwissen Chemie 9 NTG Gymnasium Höhenkirchen-Siegertsbrunn In der Jahrgangsstufe 9 erwerben die Schüler flgendes Grundwissen: Die Schüler können einfache Nachweisverfahren durchführen. Sie beherrschen einfache Berechnungen zum Stff- und Energieumsatz. Sie sind in der Lage, den räumlichen Bau einfacher Mleküle zu beschreiben, daraus die zwischen den Mlekülen herrschenden Kräfte abzuleiten und auf wesentliche Eigenschaften der betreffenden Stffe zu schließen. Sie können das Dnatr-Akzeptr-Knzept auf Säure-Base- und Redxreaktinen anwenden. Sie können Säure-Base-Titratinen durchführen und auswerten. Sie kennen Anwendungsbeispiele für Redxreaktinen in Alltag und Technik. Sie können einfache Experimente in Teilaspekten selbständig planen. Anmerkung: Die auf den Karten genannten Beispiele sind lediglich als slche zu verstehen, d. h. die dahinter stehenden Kmpetenzen (z. B. das Aufstellen einer Redxgleichung der Neutralisatinsgleichung) müssen auch an anderen Beispielen gezeigt werden können. Werden die aufeinander flgenden Seiten der Grundwissenskärtchen dppelseitig ausgedruckt, s befinden sich die Lösungsvrschläge auf der Rückseite der jeweiligen Fragekärtchen. Viel Spaß und Erflg! Stand: Februar 2016

2 Qualitative Analysemethden 1/30 Qualitative Analysemethden 2/30 Beschreibe Durchführung und Bebachtung beim qualitativen Nachweis vn Natrium-Inen. Erkläre das Prinzip der Flammenfärbung mit Hilfe des Energiestufenmdells. Qualitative Analysemethden 3/30 Qualitative Analysemethden 4/30 Beschreibe die Durchführung und Bebachtung beim qualitativen Nachweis vn Chlrid-Inen mit einem geeigneten Nachweisreagenz. Frmuliere eine vereinfachte Reaktinsgleichung. Beschreibe kurz den psitiven Nachweis der flgenden mlekularen Stffe und benenne die Nachweisreaktin. a) Wasserstff (mit Reaktinsgleichung!) b) Sauerstff c) Khlenstffdixid (mit Reaktinsgleichung!) Quantitative Aspekte 5/30 Gib zu den flgenden physikalischen Größen das jeweilige Größensymbl und die zugehörige Einheit an. a) Masse b) Mlare Masse c) Stffmenge d) Mlares Vlumen e) Avgadr-Knstante f) Teilchenzahl g) Reaktinsenergie Quantitative Aspekte 6/30 Gib die mathematischen Frmeln an, die den Zusammenhang zwischen der Stffmenge n(x) und der Masse m(x), des Gasvlumens V(X), der Teilchenzahl N(X) und der Stffmengenknzentratin c(x) darstellen.

3 Chemie 9 NTG Lösung 2/30 Die Elektrnen der Atmhülle nehmen durch das Erhitzen Energie auf, man sagt: Sie werden angeregt, d.h. sie besetzen eine höhere Energiestufe. Die Energie wird in Frm vn Lichtenergie abgegeben, wenn das Elektrn in seinen ursprünglichen Grundzustand zurückkehrt. Chemie 9 NTG Lösung 1/30 Nachweis vn Alkali- und Erdalkalimetallinen durch Flammenfärbung: Eine Stffprbe des Natrium-Salzes wird z. B. mit einem ausgeglühten Magnesia-Stäbchen in eine rauschende Gasbrennerflamme gebracht. Die charakteristischegelbe Färbung der Flamme ist ein Hinweis auf Natrium-Inen. Unterschiedliche Energie unterschiedliche Wellenlänge unterschiedliche Flammenfarbe Chemie 9 NTG Lösung 4/30 Wasserstff: Knallgasprbe Pfeifen der Knall beim Zünden des Gasgemischs (Wasserstff und Sauerstff) (2 H 2(g) + O 2(g) 2 H 2O (g)) Sauerstff: Glimmspanprbe Aufleuchten der Entflammen des Glimmspans Khlenstffdixid: Kalkwasserprbe weißer Niederschlag (milchige Trübung) beim Einleiten des Gases Chemie 9 NTG Lösung 3/30 Die Prbe wird in Wasser gelöst und mit einer Silbernitrat-Lösung (= AgNO3(aq)) versetzt. Es entsteht ein weißer Niederschlag (= Ausfällung) vn in Wasser schwerlöslichem Silberchlrid. Cl (aq) + Ag + (aq) AgCl(s) (CO 2(g) + Ca(OH) 2(aq) CaCO 3(s) + H 2O (l)) Chemie 9 NTG Lösung 6/30 Chemie 9 NTG Lösung 5/30 Masse m g Mlare Masse M g/ml Vm = 22,4 L/ml (bei Nrmbedingungen: 0 0 C, 1013 hpa) NA = 6, /ml Stffmenge n ml 22,4 l/ml Mlares Vlumen Vm (für Gase, unter Nrmbedingungen) Avgadr-Knstante NA 6, ml -1 Teilchenzahl N - Reaktinsenergie Ei kj [kiljule]

4 Quantitative Aspekte 7/30 Um den Stffumsatz bei einer Reaktin berechnen zu können, benötigt man das Stffmengenverhältnis. Stelle eine Reaktinsgleichung auf und ermittle das gesuchte Stffmengenverhältnis. 8/30 Frmuliere wichtige Regeln des Elektrnenpaarabstßungsmdells (EPA-Mdell, VSEPR-Mdell). Bsp.: Wie viel Liter CO2 entstehen bei der Verbrennung vn 1 kg Ethan (C2H6)? 9/30 10/30 Zeichne die räumlich krrekten Strukturfrmeln und benenne die räumliche Struktur. Bsp.: CH4, NH3, H2O, CO2, BH3, CH 2O Definiere den Begriff Elektrnegativität und gib Tendenzen im Peridensystem an. 11/30 Begründe mit Hilfe der Elektrnegativität, b eine plare der eine unplare Atmbindung vrliegt, und kennzeichne auftretende Partialladungen bei der Strukturfrmel. Bsp.: HCl, O2 12/30 Erkläre an den räumlich krrekten Strukturfrmeln des Wassermleküls und des Khlenstffdixidmleküls den Unterschied zwischen einer plaren Atmbindung und einem permanenten Dipl.

5 Chemie 9 NTG Lösung 8/30 Die negativ geladenen Elektrnenpaare stßen sich gegenseitig ab. Sie rdnen sich s um den Atmrumpf an, dass sie möglichst weit vneinander entfernt sind. Freie Elektrnenpaare stßen benachbarte Elektrnenpaare etwas stärker ab. Mehrfachbindungen werden bei der Ableitung der Mlekülgestalt wie Einfachbindungen behandelt. Chemie 9 NTG Lösung 7/30 Reaktinsgleichung: 2 C2H6 + 7 O2 4 CO2 + 6 H2O 2 ml 7 ml 4 ml 6 ml Stffmengenverhältnis: n(c2h6) / n(co2) = 2/4 = ½ n(c2h6) = ½ n(co2) Chemie 9 NTG Lösung 10/30 Die Elektrnegativität (EN) gibt an, wie stark ein Atm das gemeinsame Elektrnenpaar in einer Elektrnenpaarbindung anzieht. Der Bindungspartner mit der höheren Elektrnegativität erhält eine negative Partialladung (δ - ), der andere eine psitive (δ + ). Tendenzen im PSE: Chemie 9 NTG Lösung 9/30 tetraedrisch trignal pyramidal gewinkelt 109, , 5 linear trignal planar trignal planar Chemie 9 NTG Lösung 12/30 Beide Mleküle haben plare Atmbindungen; es liegen Partialladungen vr. H2O: asymmetrische Ladungsverteilung (d.h. die Ladungsschwerpunkte der gegensätzlichen Partialladungen fallen nicht zusammen.) Das Wasser- Mlekül ist ein permanenter Dipl. CO2: symmetrische Ladungsverteilung. Die Ladungsverschiebungen heben sich in ihrer Wirkung auf. Das Khlenstffdixid-Mlekül ist trtz plarer Atmbindungen kein Dipl. Unplare der sehr schwach plare Atmbindung EN < 0,5 Plare Atmbindung 0,5 EN 1,5 Inenbindung EN > 1,5 Chemie 9 NTG Lösung 11/30 Die verbundenen Atme teilen sich das bindende Elektrnenpaar. Der Schwerpunkt der Ladung liegt genau (unplar) bzw. in etwa (schwach plar) zwischen den Atmkernen. Die bindenden Elektrnen der verbundenen Atme werden vm elektrnegativeren Partner deutlich stärker angezgen. Elektrstatische Anziehung zwischen Katinen und Aninen. HCl-Mlekül: plare Atmbindungen ( EN = 0,96 ) O2-Mlekül: unplare Atmbindung ( EN = 0 )

6 13/30 14/30 Zwischen mlekular gebauten Stffen können unterschiedliche Wechselwirkungen auftreten. Benenne die möglichen zwischenmlekularen Wechselwirkungen, erläutere kurz ihr Zustandekmmen und nenne Beispiele für Mleküle, zwischen denen diese Kräfte auftreten. Beschreibe den Einfluss vn zwischenmlekularen Wechselwirkungen auf die Siedetemperatur vn Stffen (allgemein). Ordne die Stffe nach steigender Siedetemperatur und begründe mit Hilfe der Teilchenebene. Bsp.: Ammniak, Natriumchlrid, Prpan, Wasser 15/30 16/30 Beschreibe eine allgemeine Regel zur Löslichkeit vn Stffen und erkläre, b man einen Fettfleck eher mit Wasser der mit Waschbenzin aus der Kleidung entfernen kann. Ein Salz wird in Wasser gelöst. Skizziere die entstandene Lösung auf Teilchenebene und erkläre die Anrdnung der Wassermleküle. 17/30 Definiere die Begriffe Säure bzw. saure Lösung und Base bzw. basische Lösung und frmuliere dazu jeweils die Reaktinen vn HCl bzw. NH3 mit Wasser. 18/30 Definiere den Begriff Prtlyse. Frmuliere die flgende Prtlysereaktin, gib die krrespndierende Säure bzw. Base an und benenne die auftretenden Prdukte. Bsp.: vllständige Prtlysereaktin vn Schwefelsäure mit Wasser

7 Siedtemperatur steigt Chemie 9 NTG Lösung 14/30 Je stärker die zwischenmlekularen Wechselwirkungen sind, dest höher sind die Schmelz- und Siedetemperaturen, da mehr Energie zum Trennen der Teilchen (nicht zur Trennung vn Bindungen!) benötigt wird. Es müssen als die auftretenden WW betrachtet werden, um die Stffe nach den Siedepunkten zu rdnen: Stff Prpan Ammniak Wasser Natriumchlrid Zwischenmlekulare Wechselwirkung bzw. Bindungstyp Van-der-Waals-WW Dipl-Dipl-WW, einfache Wassenstffbrücke(nbindung) Mehrere Wasserstffbrücken(bindungen) Inenbindung Van der Waals- Wechselwirkungen Dipl-Dipl- Wechselwirkungen Elektrstatische Anziehung zwischen permanenten Diplen Wasserstffbrücken Chemie 9 NTG Lösung 13/30 Elektrstatische Anziehung zwischen spntanen und induzierten Diplen, die mit steigender Berührungsberfläche zu Nachbarmlekülen zunehmen ( bei unplaren Mlekülen die einzige WW!). Elektrstatische Anziehung zwischen einem stark elektrnegativen Atm (F, O, N) und einem psitiv plarisierten Wasserstffatm. Br2, Cl2, H2, Khlenwasserstffe wie Methan CH4, Prpan C3H8, usw.. H2S, SF2 H2O, HF, NH3. Chemie 9 NTG Lösung 16/30 Es bildet sich eine Hydrathülle um die Inen. Zwischen Wassermlekülen und Inen wirken dabei Dipl-Inen-Kräfte. Wassermleküle lagern sich mit dem negativ geladenen Pl (negative Partialladung) an die psitiv geladenen Katinen und andersherum. Gegensätzliche (Teil-) Ladungen ziehen sich an! Chemie 9 NTG Lösung 15/30 Ähnliches löst sich in Ähnlichem! Plare Stffe (aufgebaut aus Dipl-Mlekülen) und Salze lösen sich in plaren Stffen. Unplare Stffe (aufgebaut aus Nicht-Dipl-Mlekülen) lösen sich in unplaren Stffen. Fette bestehen aus unplaren Mlekülen. Diese können mit den plaren Wassermlekülen nur sehr schwache Wechselwirkungen ausbilden, die aber nicht ausreichen, die Wasserstffbrücken zwischen den Wasser-Mlekülen zu überwinden. Fette sind daher nicht in Wasser löslich. Unplare Stffe, wie Fette, können daher gut in unplaren Lösungsmitteln (Waschbenzin) gelöst und entfernt werden. Chemie 9 NTG Lösung 18/30 Eine Prtlyse (Säure-Base-Reaktin) ist eine Reaktin mit Prtnenübertragung zwischen Prtnendnatr (Säure) und Prtnenakzeptr (Base). Die Säure wird zur krrespndierenden Base, die Base zur krrespndierenden Säure. Bsp.: H2SO4(l) + 2 H2O(l) SO4 2- (aq) + 2 H3O + (aq) Säure 1 Base 2 krresp. krresp. Base 1 Säure 2 Prdukte: SO4 2- : Sulfat-Anin; H3O + : Oxnium-In Chemie 9 NTG Lösung 17/30 Säure: Prtnendnatr; besitzt ein plar gebundenes Wasserstffatm; kann mind. ein H + abgeben Saure Lösung: wässrige Lösung, die Oxnium-Inen (H 3O + ) enthält, z. B.: HCl(g) + H2O(l) H3O + (aq) + Cl - (aq) Säure saure Lösung Base: Prtnenakzeptr; besitzt mindestens ein freies Elektrnenpaar; ft negativ geladen Basische Lösung / Lauge: wässrige Lösung, die Hydrxid-Inen (OH - ) enthält, z. B.: NH3(g) + H2O(l) NH4 + (aq) + OH - (aq) Base basische Lösung / Lauge

8 19/30 Erkläre den Begriff Amphlyt anhand eines knkreten Beispiels. 20/30 Erläutere den Begriff Neutralisatin und stelle die Neutralisatinsgleichung mit Summenfrmeln und Inenfrmeln auf. Bsp.: Reaktin vn Salpetersäure-Lösung mit Kalilauge 21/30 22/30 Gib die Bedeutung einer Säure-Base-Titratin an und beschreibe deren Durchführung. Definiere den Begriff ph-wert, rdne einer sauren, neutralen und basischen Lösung die Zahlenwerte für den entsprechenden ph-bereich zu und gib die Farbe (Farbbereiche) des Universalindikatrs in diesen Lösungen an. 23/30 24/30 Erkläre das Grundprinzip vn Redxreaktinen am Beispiel einfacher Salzbildungsreaktinen und frmuliere die beiden Teilvrgänge. Bestimme die Oxidatinszahlen. Bsp.: Bildung vn Magnesiumchlrid Bsp.: O2, AlCl3, KMnO4, Mg, Fe 3+, SO2, Cr2O7 2-

9 Chemie 9 NTG Lösung 20/30 Bei einer Neutralisatin reagieren die Oxniuminen (H 3O + ) einer sauren Lösung mit den Hydrxidinen (OH - ) einer basischen Lösung unter Bildung vn Wassermlekülen. Die Aninen der Säure und Katinen der Base bilden nach erflgter Neutralisatin ein Salz. Jede Neutralisatinsreaktin lässt sich mit der Neutralisatinsgleichung H 3O + + OH - 2 H 2O beschreiben. Beispiel: Salpetersäure-Lösung und Kalilauge Summengleichung: HNO3(aq) + KOH(aq) KNO3(aq) + H2O(l) Inengleichung: H3O + (aq) + NO3 - (aq) + K + (aq) + OH - (aq) K + (aq) + NO3 - (aq) + 2 H2O(ll) Chemie 9 NTG Lösung 19/30 Ein Amphlyt ist ein Teilchen, das swhl als Prtnenakzeptr als auch als Prtnendnatr fungieren kann. Das wichtigste Beispiel ist Wasser (H2O): HCl(g) + H2O(l) Cl - (aq) + H3O + (aq) (H2O als Prtnenakzeptr) NH3(g) + H2O(l) NH4 + (aq) + OH - (aq) (H2O als Prtnendnatr) Alternativen z.b.: NH3, HS -, HSO4 -, HCO3 - Chemie 9 NTG Lösung 22/30 Der ph-wert ist ein Maß für den Säuregrad einer Lösung (d. h. für die Oxniuminenknzentratin) Saure Lösung: ph-wert 0-7 ( Färbung bei Zugabe vn Universalindikatr-Lsg..: rt/range/gelb) Neutrale Lösung: ph-wert = 7 ( Färbung bei Zugabe vn Universalindikatr-Lsg.: hellgrün) Basische Lösung: ph-wert 7-14 ( Färbung bei Zugabe vn Universalindikatr-Lsg.: blaugrün/blau/vilett) Chemie 9 NTG Lösung 21/30 Eine Säure-Base-Titratin ist ein Verfahren zur Bestimmung der Stffmengenknzentratin einer unbekannten Säuren- der Basenprbe. Die Bestimmung der Knzentratin einer unbekannten Prbelösung erflgt mit Hilfe einer Maßlösung bekannter Knzentratin. Dabei wird die Maßlösung aus einer Bürette langsam in die kntinuierlich gerührte Prbelösung getrpft. Der Endpunkt der Titratin ist der Äquivalenzpunkt, bei dem zu den Oxnium- Inen einer sauren Lösung die äquivalente Stffmenge Hydrxid-Inen zugegeben wurde (der andersherum). Er wird durch den Farbumschlag eines Indikatrs der durch eine ph-messung ermittelt. Chemie 9 NTG Lösung 24/30 Oxidatinszahlen (OZ) werden über das Elementsymbl geschrieben. Sie sind die gedachten Inenladungen vn Elementen in Verbindungen. ES GILT: Im ungeladenen Mlekül ergibt die Summe der OZ aller Atme 0, bei Mlekül-Inen entspricht die Summe der OZ der Ladung. Bei Salzen ergibt die Summe der OZ 0. Die OZ der einzelnen Inen entspricht hier ihrer Ladung. Weitere Regeln: OZ vn Elementen: stets 0 / OZ vn Wasserstff: meist +I (in Metallhydriden -I) / OZ vn Sauerstff: meist -II (Ausnahmen: Perxide: -I) / OZ vn Metallen: immer psitiv 0 +III I +I +VII II 0 +III +VI II +VI -II O2 AlCl3, KMnO4, Mg, Fe 3+, SO2, Cr2O7 2- Chemie 9 NTG Lösung 23/30 Redxreaktinen sind Reaktin mit Elektrnenübergängen, bei denen Reduktinen (= Elektrnenaufnahmen) kmbiniert mit Oxidatinen (= Elektrnenabgaben) ablaufen. 0 +II Oxidatin: Mg Mg e- (Elektrnenabgabe) 0 -I Reduktin: Cl2 + 2e- 2 Cl - (Elektrnenaufnahme) Redxreaktin: Mg + Cl2 MgCl2

10 Redxreaktinen 25/30 Nenne die wesentlichen Kennzeichen einer Oxidatin und einer Reduktin. Redxreaktinen 26/30 Definiere die Begriffe Oxidatinsmittel und Reduktinsmittel und rdne sie bei einer Redxreaktin je einem Stff zu. Bsp.: 2 Na + Cl2 2 NaCl Redxreaktinen 27/30 Erläutere die Teilschritte zur Erstellung einer Redxgleichung und stelle Teilgleichung und Gesamtgleichung auf. Bsp.: Redxreaktin vn MnO4 - mit Fe 2+ zu Mn 2+ und Fe 3+ in saurer Lösung Redxreaktinen 28/30 Vergleiche und Redxreaktinen hinsichtlich der jeweils übertragenen Teilchen und gib die Bezeichnungen für Dnatr und Akzeptr an. Redxreaktinen 29/30 Redxreaktinen 30/30 Definiere den Begriff Elektrlyse und frmuliere die elektrchemischen Vrgänge an der Kathde und Ande als Teilgleichungen und die Gesamtgleichung. Bsp.: Elektrlyse vn Bauxit (Al2O3) Beschreibe Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen Batterien und Akkus. Nenne je ein Beispiel.

11 Chemie 9 NTG Lösung 25/30 Chemie 9 NTG Lösung 26/30 Oxidatinsmittel sind Elektrnenakzeptren und werden selbst reduziert Reduktinsmittel sind Elektrnendnatren und werden selbst xidiert Bsp.: 2 Na + Cl2 2 NaCl Na: Elektrnendnatr, Reduktinsmittel Cl2: Elektrnenakzeptr, Oxidatinsmittel Oxidatin: Abgabe vn Elektrnen Erhöhung der Oxidatinszahl Reduktin: Aufnahme vn Elektrnen Verringerung der Oxidatinszahl Reaktinstyp Redxreaktin Chemie 9 NTG Lösung 28/30 Übertragene Teilchen Prtnen (H + ) Elektrnen (e - ) Säure / Base Dnatr / Akzeptr Prtlysereaktin Reduktinsmittel / Oxidatinsmittel Chemie 9 NTG Lösung 27/30 1. Aufstellen der Redxpaare (hier Fe 2+ /Fe 3+ und MnO4 - /Mn 2+ ) 2. Ermitteln der Oxidatinszahlen 3. Aufstellen der Teilgleichungen (Red /Ox) 4. Ladungsausgleich mit H3O + (im Basischen OH - ) 5. Ausgleich der Atmbilanz mit H2O 6. Ausgleich der Elektrnenbilanz 7. Zusammenfassen zur Gesamtgleichung +II +III Ox: Fe 2+ Fe 3+ + e - / 5 +VII Red: MnO e H3O + Mn H2O Redx: 5 Fe 2+ + MnO H3O + 5 Fe H2O +II Chemie 9 NTG Lösung 30/30 Gemeinsamkeiten Redxreaktinen liefern elektrische Energie Umwandlung vn chemischer Energie in elektrische Energie räumliche Trennung des Elektrnenübergangs führt zu Strmfluss Unterschiede Batterie: nicht wieder aufladbar Bsp.: Alkali-Mangan-Batterie, Daniell-Element Akku: wieder aufladbar, Vrgänge umkehrbar Bsp.: Bleiakku ( Autbatterie ) Chemie 9 NTG Lösung 29/30 Bei einer Elektrlyse wird durch Zufuhr elektrischer Energie eine nicht spntan ablaufende Redxreaktin erzwungen. +III 0 Kathde: Al e - Al / 4 (+Pl, Reduktin) -II 0 Ande: 2 O 2- O2 + 4e - / 3 (-Pl, Oxidatin) Gesamtgleichung: 2 Al2O3 4 Al + 3 O2