z = 0,1 z = 1/2 Übungsaufgaben für den

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1 Übungsaufgaben für den ) Natrium kristallisiert kubischinnenzentriert, die Kantenlänge beträgt 430 pm. Welchen metallischen Atomradius hat ein NaAtom? Welche Dichte hat kristallines Na? M(Na) = 23 g/mol N A = 6, mol 1 Abbildung 1 kubischinnenzentriert Abbildung 2 Darstellung der Elementarzelle durch geeignete Schnitte z = 0,1 z = 1/2

2 Abbildung 3 Der Zusammenhang zwischen der Gitterkonstante a und der Länge der Raumdiagonale und der Flächendiagonale eines Würfels: Atomradius. Da sich die Atome in Richtung der Raumdiagonalen eines Würfels berühren, muss die Raumdiagonale 4 Atomradien lang sein (siehe Abbildung 3) 1 1 r( Na) = a 3 = pm = 186 pm 4 4 Dichte. Das Volumen der Elementarzelle ist: V = a 3 = pm = 7,95 10 cm Die Masse in einer Elementarzelle ist die Masse von zwei NaAtomen. (Anzahl der Formeleinheiten ; Z = 2) M ( Na) m( Na) = 2 N A 1 23,0 g mol = , mol 1 = 7, g Daraus errechnet sich die Dichte: m Na d = cm V 7,95 10 cm 23 ( ) 7,64 10 g 3 = = 0,961 g 23 3

3 2a) Geben Sie den CsClStrukturtyp an, indem Sie geeignete Schnitte durch die Elementarzelle wählen. Nennen Sie außerdem für beide Elemente die jeweilige Koordinationszahl und das dazugehörige Koordinationspolyeder. 2b) Zeichnen Sie das Kristallgitter des NaClIonenkristalls und bestimmen Sie die Anzahl der Formeleinheiten Z. zu 2a: Cs Cl Z = 0,1 Z = ½ Koordinationszahl (Cs) = 8 Koordinationszahl (Cl) = 8 Würfel Würfel

4 zu 2b: NaClIonenkristall weiße Kugeln: Cl schwarze Kugeln: Na Anzahl der Formeleinheiten Z Cl : auf allen 8 Ecken der Elementarzelle; auf allen 6 Flächenmitten der Elementarzelle Z = = 4 Na + : auf allen 12 Kantenmitten der Elementarzelle; im Zentrum der Elementarzelle Z 12 1 = + = Z (NaCl) = 4 Jedes der beiden Ionen ist oktaedrisch von jeweils sechs anderen umgeben. Die Koordinationszahl beträgt somit für beide Ionensorten sechs.

5 3) CaF 2 kristallisiert in einer kubischen Elementarzelle mit a = 545 pm. Ca: 0 0 0, ½ ½ 0, ½ 0 ½, 0 ½ ½ F: ¼ ¼ ¼, ¼ ¾ ¼, ¾ ¼ ¼, ¾ ¾ ¼, ¼ ¼ ¾, ¾ ¼ ¾, ¼ ¾ ¾, ¾ ¾ ¾ M(Ca) = 40 g/mol M(F) = 19 g/mol N A = 6, mol 1 A: berechnen Sie die Dichte von CaF 2 B: wie groß ist der kürzeste CaCabzw. FFAbstand? C: Welches Koordinationspolyeder formen die ein Ca 2+ Ion umgebenden F Ionen und welches die ein F Ion umgebenden Ca 2+ Ionen? CaF 2 Elementarzelle schwarze Kugeln: Ca graue Kugeln: F aus Elementarzelle Z (CaF 2 ) = 4 Z = 0,1 Z = ¼, ¾ Z = ½ Ca F

6 zu A: d Z M ( CaF ) 4 (40 g / mol g / mol) = 2 = V N A 545 pm 6, mol = 3,20 g / cm 3 zu B: Ca Z = 0,1 Da Ca auf der Hälfte der Flächendiagonalen liegt, errechnet sich der kürzeste CaCaAbstand zu (siehe Aufgabe 1, Abbildung 3): Ca Ca = 1 / 2 2 a = 385 pm Der kürzeste FFAbstand: F Z = ¼, ¾ F F = 1 / 2 a = 272, 5 pm zu C: Ca 2+ : von acht F umgeben Würfel F : von vier Ca 2+ umgeben Tetraeder

7 Übungsaufgaben für den ) Welche (Valenz)Elektronenkonfiguration haben folgende ÜbergangsmetallKationen? Ti 3+, V 3+, Cr 3+, V 2+, Cr 2+ Mn 3+, Mn 2+, Fe 3+, Fe 2+, Co 3+, Co 2+, Ni 2+, Cu 2+ Ti 3+ 3s 2 3p 6 3d 1 V 3+ 3s 2 3p 6 3d 2 Cr 3+, V 2+ 3s 2 3p 6 3d 3 Cr 2+ Mn 3+ 3s 2 3p 6 3d 4 Mn 2+, Fe 3+ 3s 2 3p 6 3d 5 Fe 2+, Co 3+ 3s 2 3p 6 3d 6 Co 2+ 3s 2 3p 6 3d 7 Ni 2+ 3s 2 3p 6 3d 8 Cu 2+ 3s 2 3p 6 3d 9

8 2) Zeichnen Sie die energetische Aufspaltung von drbitalen im a) oktaedrischen b) tetraedrischen c) quadratischplanaren Ligandenfeld E dx2y2 dx2y2 dz2 dxy dxz dyz dxy dx2y2 dz2 dz2 dxy dxz dyz dxz dyz tetraedrisch oktaedrisch quadratischplanar

9 3a) Die oktaedrischen Komplexe [Fe(CN) 6 ] 3 und [FeF 6 ] 3 haben ein bzw. fünf ungepaarte Elektronen. Wie kann man das erklären? b) Zeichnen Sie die drbitalaufspaltungsdiagramme für oktaedrische highspin und lowspinkomplexe von Cr 3+, Fe 2+, Cr 2+ und Ni 2+. zu a) [Fe(CN) 6 ] 3, CN : low spin Komplex; ein ungepaartes Elektron E [FeF 6 ] 3, F : high spin Komplex; fünf ungepaarte Elektronen E

10 zu b) low spin high spin 3+ 3 Cr, d 2+ 6 Fe, d 2+ 4 Cr, d 2+ 8 Ni, d

11 Übungsaufgaben für den a) Wie lauten die Trivialnamen folgender Verbindungen? a. CaMg(C 3 ) 2 Dolomit b. MgS 4 7H 2 Bittersalz c. CaF 2 Flußspat (Fluorit) d. CaC 3 Kreide, Marmor e. CaS 4 2H 2 Gips f. Na 2 S 4 Glaubersalz g. Na 2 C 3 Soda h. KN 3 Salpeter i. K 2 C 3 Pottasche 1b) Geben Sie die Valenzstrichformeln, mesomere Grenzformeln inkl. der freien Elektronenpaare sowie evtl. vorhandene Formalladungen für folgende Ionen an: S 4 2, N 2, N 3, C 3 2, P 4 3 S 4 2 S S N 2 N N C 3 2 C C N 3 N N + + P 4 3 P P

12 2) Welche Sauerstoffverbindungen werden beim Erhitzen von Li, Na, K, Rb und Cs an der Luft gebildet? Verbrennt man Li im 2 Strom ensteht Li 2 (Lithiumoxid). Verbrennt man Na im 2 Strom ensteht Na 2 2 (Natriumperoxid). Mit den größeren Alkalimetallen K, Rb, Cs entstehen bei der xidation mit Luftsauerstoff die Hyperoxide Me 2 (Me = K, Rb, Cs). 3) Geben Sie die vollständigen Reaktionsgleichungen für die Reaktionen von Kalium mit: a) H 2 2K + 2H 2 2KH + H 2 b) H 2 2K + H 2 2KH c) NH 3 2K + 2NH 3 2KNH 2 + H 2 d) 2 K + 2 K 2 e) Br 2 an! 2K + Br 2 2KBr

13 Übungsaufgaben für den ) Welche binären Metallcarbonyle der Übergangsmetalle der 4. Periode sind ihnen bekannt? Cr(C) 6 Fe(C) 5 Ni(C) 4 V(C) 6 Mn 2 (C) 12 Co 2 (C) 8 Fe 2 (C) 9 Fe 3 (C) 12 Co 4 (C) 12 Co 6 (C) 16 2) Zeichnen Sie die Strukturen folgender Metallcarbonyle: Cr(C) 6, Mn 2 (C) 12, Fe 2 (C) 9, Co 4 (C) 12 C C Cr C C C Mn C C Mn C C C C C C C C C C C C C C Fe C C C Fe C C C C C Co C Co C Co Co C C C C C C

14 3) Wie kommt Aluminium in der Natur vor, wo wird es verwendet und wie wird es technisch dargestellt? Vorkommen und Verwendung : Hauptsächlich als Alumosilicate (Feldspäte, Tone und Glimmer). Für die AlDarstellung wichtiger sind Bauxit, das reich an Böhmit Al(H) und Al(H) 3 ist. Kraftfahrzeug und Flugzeugindustrie ; Apparatebau Verpackungen und Gebrauchsgüter BayerVerfahren Bei diesem Verfahren wird aus Bauxit Al 2 3 für die Schmelzflußelektrolyse dargestellt. Gemahlener Rohbauxit wird mit heißer NaH umgesetzt, wobei [Al(H) 4 ] in Lösung geht. Diese wird zur Abscheidung von Al(H) 3 verdünnt. Bei etwa 1200 C wird Al(H) 3 zu Al 2 3 entwässert. Schmelzflußelektrolyse Neben 80% Kryolith und etwa 8% Tonerde enthält der Elektrolyt noch Aluminium und Lithiumfluorid. Dies erhöht die Leitfähigkeit und senkt die Schmelztemperatur. Der so hergestellte Elektrolyt bleibt erhalten, da ein Teil der elektrischen Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Anode : 2 Al [AlF 6 ] AlF e Kathode : Na + + e Na Elektrolyt : 3Na + AlF 3 Al + 3NaF, 3NaF + AlF 3 Na 3 [AlF 6 ] Das flüssige Aluminium ist dichter als der Elektrolyt. Es sinkt zu Boden und wird von dem Elektrolyten vor der xidation geschützt.

15 Übungsaufgaben für den ) Beim Freiberger Aufschluss wird der unlösliche Rückstand der Analysensubstanz u.a. mit Soda geglüht, um ihn in eine lösliche Form zu überführen. a. Was ist die zweite Komponente des Aufschlussmittels? elementarer Schwefel b. Für welche Verbindungen ist diese Methode geeignet? schwerlösliche As (Thioarsenat), Sb (Thioantimonat) und Snxide werden zu löslichen Thioverbindungen umgesetzt; nach Ansäuern entstehen instabile Thiosäuren, die in H 2 S und die entsprechende Sulfide zerfallen. c. Was entsteht dabei / in welche Verbindung werden die xide überführt? 2Sn 2 + 2Na 2 C 3 > 2Na 2 [Sn 3 ] + 2C 2 2Na 2 [Sn 3 ] + 9S > 2Na 2 [SnS 3 ] + 3S 2 Stannat Thiostannat 2Sn 2 + 2Na 2 C 3 + 9S > 2Na 2 [SnS 3 ] + 3S 2 + 2C 2 2Sn 2 + 5Na 2 C 3 + 9S > 2Na 2 [SnS 3 ] + 3Na 2 S 3 + 5C 2 4Sb Na 2 C S > 8Na 3 [SbS 4 ] + 9S C 2 4As Na 2 C S > 8Na 3 [SnS 4 ] + 9S C 2

16 2) Wie weist man Br 3 und I 3 nebeneinander nach? Bitte geben Sie die Reaktionsgleichungen bzw. Schemata, Valenzstrukturen und xidationsstufen der Halogene an. Br 3 / I 3 + H 2 S 3 > Br / I + H 2 S 4 Red: Br 3 + 6H + + 6e > Br + 3H 2 x: H 2 + S 3 2 > S e + 2H + /x3 Br 3 + 3S 3 2 > Br + 3S 4 2 Br neben I mit Cl 2 Wasser in CHCl 3 nachweisen: Violettfärbung der organischen Lösung zeigt Entstehung von I 2, Braunfärbung von Br 2 an 2I + Cl 2 > I 2 + 2Cl Br AB 3 E: trig. pyramidal pseudo Tetraeder

17 3) Zum Nachweis welcher Elemente wird die Marsh sche Probe verwendet? Geben Sie die Reaktionsgleichungen ausgehend von entsprechenden xid an. Was genau verbrennt beim Anzünden der gebildeten Gase? Was muss bei der Reaktion beachtet werden und wie werden die nachweisbaren Elemente voneinander unterschieden? Marsh sche Probe: gerichtsmedizinischer Nachweis von AsSpuren in Leichenteilen ( forensischer AsNachweis ; auch für Sb geeignet) As Zn + 12H + > 2AsH 3 + 6Zn H 2 mit H 2 S 4 verd. ansäuern entstehendes AsH 3 verbrennt mit blauer Flamme und schlägt sich an kalter Porzellanschale als schwarzer Fleck von elementarem As /Sb nieder 4AsH > 4As + 6H 2 As: schnell löslich in ammoniakalischer Peroxid oder frischer NaClLösung. Sb: langsamer löslich in ammoniakalischer PeroxidLösung; meistens erst nach Erwärmen. 2As + 5H NH 3 > 2As NH H 2 Achtung: Zn + H + hierbei entsteht (auch) H 2 ; > KnallgasReaktion! Achtung: AsH 3, und SbH 3, beide hochgiftig! Knoblauchgeruch beachten!

18 4) Wird Mg(H) 2 ausgefällt, wenn in einer Lösung von Mg(N 3 ) 2 (c = 0,001 mol/l) der phwert auf 9 eingestellt wird? Ab welchem phwert fängt die Bildung von Mg(H) 2 an? L P (Mg(H) 2 ) = 8, mol 3 /L 3 c(mg(n 3 ) 2 ) = 10 3 mol/l ph = 9 => ph = 14 ph = 5 => c(h ) = 10 5 mol/l L P (Mg(H) 2 ) = c(mg 2+ ) c 2 (H ) = 10 3 (10 5 ) 2 = mol 3 /L 3 Das Löslichkeitsprodukt wird nicht überschritten; es fällt kein Mg(H) 2 aus. c 2 ( H ) = L P ( Mg( H) ) c 2+ ( Mg ) 2 8,9 10 = = 8, mol 2 / L 2 c 5 4 ( H ) = 9,4 10 mol / L 10 ph 4 ph Mg(H) 2 fällt ab einem phwert von ca. 10 aus.