Chemietutorium des HWI Oliver Zarenko Übungsaufgaben WS 07/08

Transkript

1 Aufgabentyp 1 1. Berechnen Sie die Massen in g von a) 0,100 mol Kaliumperchlorat (KClO 4 ) b) 2,00 mmol Pyrophosphationen (P 2 O 7 4- ) 2. Welche Anzahl Wasserstoffatome enthalten a) 1 g Wasser b) 1 mg Glucose (C 6 H 12 O 6 ) c) 0,25 mol Wasser? 3. Die einfachste Formel von kristallwasserhaltigem Kupfersulfat ist CuSO 4 5H 2 O a) Wieviel Mol enthalten 10 g Salz? b) Wieviel Mol Schwefel und Sauerstoff sind in 100 g Salz enthalten? c) Welche Anzahl Kupfer-, Sauerstoff- und Wasserstoffatome sind in 1 g Salz enthalten? 4. Wieviel g Chlor sind in 100 g Trichlorethylen (C 2 HCl 3 ) enthalten, das durch einen Massenanteil von 1,5 % fremder Stoffe verunreinigt ist? 5. Welcher Massenanteil Schwefel ist in 40%iger Schwefelsäure enthalten? 6. Berechnen Sie die relativen Molekülmassen von a) Kaliumsulfat (K 2 SO 4 ) b) Kupfernitrat (Cu(NO 3 ) 2) 7. a) Berechnen Sie die Stoffmenge von 10 g Disauerstoff, dessen molare Masse 32 g/mol beträgt. b) 0,25 mol Wasser enthalten 4,5 g. Berechnen Sie die molare Masse von Wasser. 8. Baxter bestimmte die relative Atommasse von Chrom folgendermaßen: Proben von gereinigtem Silberchromat Ag 2 CrO 4 wurden abgewogen und in verdünnter Salpetersäure gelöst, wobei das Chromation reduziert wurde. Das Silberion wurde anschließend mit Bromwasserstoffsäure gefällt, was zur Bildung von Silberbromid (AgBr) führte. Aus 11 Versuchen mit variierenden Ausgangsmassen Silberchromat (1,779 g bis 7,923 g) wurde für das Verhältnis der relativen Atommassen 2 A r (AgBr) : A r (Ag 2 CrO 4 ) der Wert 1,1321 erhalten. (A r (Ag) = 107,87; A r (O) = 16; A r (Br) = 79,92) Berechnen Sie die relative Atommasse von Chrom! 9. Zur Bestimmung des Atomgewichtes von Vanadium wurden 2,8934 g reines VOCl 3 einer Reihe von Reaktionen unterworfen, bei denen schließlich das gesamte Chlor dieser Verbindung in insgesamt 7,1801 g AgCl überführt wurde. Welche relative Atommasse ergibt sich für das Vanadium? A r (Cl) = 35,453; A r (Ag) = 107,87; A r (O) = ,63 g Chromoxid ergeben bei der Analyse 1,12 g Chrom. Berechnen Sie die empirische Formel des Chromoxids. 1

2 11. Berechnen Sie die empirischen Formeln der Verbindungen mit nachstehenden Massenanteilen: a) 39,4 % Al 2 O 3 ; 46,6 % SiO 2 ; 14 % H 2 O b) 35,56 % K; 17 % Fe; 47,44 % CN 12. Technische Salzsäure wurde früher durch Erhitzen von NaCl mit konzentrierter H 2 SO 4 gewonnen. Wieviel kg an Schwefelsäure mit w = 90 % sind zur Herstellung von 1 t Salzsäure mit w = 42 % erforderlich? 13. Gegeben ist Schwefelsäure mit w = 98 % und der Dichte 1,84 g/ml. Welches Volumen dieser Säure wird benötigt um durch Verdünnen mit Wasser 5 l Säure der Konzentration 2 mol/l zu erhalten? ml einer Bariumchloridlösung enthalten 2,51 g BaCl 2 2 H 2 O. Ihre Dichte ist 1,07 g/ml. Berechnen Sie vom Bariumchlorid a) den Massenanteil b) die Stoffmengenkonzentration c) die Molalität g kristallwasserhaltiges Kupfersulfat CuSO 4 5 H 2 O werden in 100 g Wasser gelöst. Gesucht ist der Massenanteil kristallwasserfreien Salzes und die Molalität. 16. a) Wie groß ist die Stoffmengenkonzentration einer Lösung von Ammoniumchlorid (NH 4 Cl), die einen Massenanteil von 23 % und eine Dichte von 1,04 g/ml hat? b) Wie groß ist die Massenkonzentration des Ammoniumchlorids aus a? c) Berechnen Sie den Massenanteil an HCl, den eine Salzsäurelösung mit der Stoffmengenkonzentration c = 2,46 mol/l hat. (Dichte 1,139 g/ml) 17. a) Gegeben sind zwei Schwefelsäurelösungen mit w 1 = 35 % und w 2 = 78 %. 2 kg der Lösung 1 wird mit 3,2 kg der Lösung 2 gemischt. Gesucht ist der Massenanteil des Gemisches. b) Wieviel kg Salzsäure (w 1 = 89 %) sind mit 1,8 kg Salzsäure (w 2 = 78 %) zu mischen um eine Säure mit 80 % Massenanteil zu erhalten? c) Welche Menge an Wasser ist nötig um 2,5 kg einer Kochsalzlösung mit 50 % Massenanteil auf 10 % zu verdünnen? 18. Das Äquivalentgewicht von Silber ist mit 107,87 vorgegeben. Berechnen Sie das Äquivalentgewicht von Magnesium, wenn 0,3636 g dieses Elements 3,225g Silber aus seinen Salzen verdrängen. 19. Für die Neutralisation von 25 ml Kaliumhydroxidlösung (KOH) werden 40 ml einer 0,5 M Salzsäure (HCl) verbraucht. Stellen Sie die Reaktionsgleichung auf und berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration der Kaliumhydroxidlösung! g einer wässrigen Lösung Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) wird auf 1000 ml verdünnt und 200ml mit 100ml Natronlauge (NaOH) der Konzentration 1,5 mol/l neutralisiert. Welchen Massenanteil hatte die ursprüngliche Schwefelsäure? 21. Welche Masse an Na 2 CO 3 wird zur Neutralisation von 4,89 g HCl benötigt? 2 HCl + Na 2 CO 3 2 NaCl + H 2 O + CO 2 2

3 22. 5 g einer Säure wurden in Wasser gelöst und ein Überschuss an Zink hinzugegeben. Die Masse des entwickelten Wasserstoffs betrug 0,0672 g. a) Berechnen Sie die Äquivalentmasse der Säure b) Welche Masse an NaOH würde 9 g dieser Säure neutralisieren? 23. a) Berechnen Sie die molare Masse eines Gases, von dem 560 ml bei Standardbedingungen 1, 55 g wiegen. b) Wieviel Liter Sauerstoff können bei Standardbedingungen aus 100 g Kaliumchlorat gewonnen werden? 2KClO 3 2KCl + 3O In einem geschlossenen Behälter befindet sich Luft von 20 C bei einem Druck von 5 bar. Auf welche Temperatur muss die Luft erwärmt werden, damit ihr Druck auf 10 bar steigt? (Hinweis: Luft kann als ideales Gas angenommen werden) 25. Ein Behälter (Volumen 2 m 3 ) enthält Luft von 1 bar und 22 C. Er ist über ein Ventil mit einer Rohrleitung verbunden, in der Luft von 6 bar und 22 C strömt. Das Ventil wird geöffnet und die Luft aus der Rohrleitung strömt in den Behälter. Durch die mit der Strömung verbundene Reibung erhöht sich die Temperatur im Behälter und beträgt nach Erreichen des Druckausgleiches 77 C Welche Luftmasse ist in den Behälter geströmt?(m Luft = 28,95 g/mol) 26. Ein Autoreifen, dessen Volumen konstant 0,02 m 3 beträgt, ist mit Luft von 20 C und 2,6 bar gefüllt. Während der Fahrt erwärmt sich die Luft im Reifen auf 55 C. a) Welcher Druck herrscht bei dieser Temperatur im Reifen? b) Welche Luftmenge muss abgelassen werden, damit der Druck im Reifen während der Fahrt 2,6 bar beträgt? (M Luft = 28,95 g/mol) 27. In einem Kolbenverdichter werden 200 cm 3 Luft isotherm bei 300 K von 1 bar auf 10 bar verdichtet. a) Welche Luftmasse wird verdichtet, wenn Luft als ideales Gas angesehen wird und ihre molare Masse 28,95 g/mol beträgt? b) Wie groß ist das Volumen der verdichteten Luft? 28. Ein Luftschiff, dessen Gaszellenvolumen m 3 beträgt, kann wahlweise mit Wasserstoff oder Helium gefüllt werden. Die Füllung wird so bemessen, dass in einer Höhe von 4500 m, wo ein Druck von 530 mbar und eine Temperatur von 0 C herrschen, die Gaszellen gerade prall gefüllt sind. a) Wieviel kg Wasserstoff bzw. Helium erfordert die Füllung? b) Zu welchem Bruchteil sind die Gaszellen am Erdboden bei einem Druck von 935 mbar und einer Temperatur von 20 C gefüllt? ml eines Gases, das bei 18 C unter einem Druck von 1010mbar steht, werden auf 30 C erwärmt. Berechnen Sie a) Das Volumen des Gases bei konstantem Druck (isobar) b) Den Druck des Gases bei konstantem Volumen (isochor) g einer Stickstoffverbindung werden durch Erhitzen vollständig zersetzt, wobei 4,5 g Wasser und 2,934 l einer gasförmigen Verbindung entstehen. Welche molare Masse besitzt das Gas, wenn angenommen wird, dass es bei 15 C unter einem Druck von 1020 mbar steht? 3

4 Aufgabentyp Erläutern Sie das erste und zweite Bohrsche Postulat! Was gilt für die erlaubten Bahnen? (Aussage und Formel!) 32. a) Welches Modell des 3s-Orbitals entspricht nicht dem Pauli-Prinzip? Warum muss es falsch sein? 3s 3s b) Welches Modell des 2p-Orbitals entspricht nicht der Hundschen Regel? (Begründung) p x p y p z p x p y p z 33. Welche Atome haben im Grundzustand folgende Elektronenkonfiguration? a) 1s 2 2s 2 2p 4 b) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 Geben Sie in analoger Darstellung die Elektronenkonfiguration für c) Cl Chlor d) W Wolfram 34. Betrachten Sie das 33 As im Grundzustand. a) Wie viele Elektronen haben die Quantenzahl l = 1? b) Wie viele Elektronen haben die Quantenzahl m = 0 als eine ihrer Quantenzahl? Beginnen Sie beim Zählen stets mit positiven Zahlen! 35. Geben Sie die Quantenzahlen für jedes Elektron eines Kohlenstoffatoms an. Beginnen Sie auch hier beim Zählen mit positiven Zahlen! 36. Skizzieren Sie das Orbitaldiagramm für die Elektronenkonfiguration von 25 Mn und notieren Sie diese. 37. a) Welche Elemente haben halbbesetzte 5p-Unterschalen? b) Welche Metalle der vierten Periode haben keine ungepaarten Elektronen? c) Welchen Trick wendet Kupfer bezüglich seiner Elektronenkonfiguration an und welchen Vorteil erlangt es dadurch? 38. Die Spektrallinien des Wasserstoffatoms im sichtbaren Bereich des Spektrums gehören zu Elektronenübergängen von höheren Niveaus auf das Niveau n=2. Welcher Elektronenübergang entspricht der Spektrallinie von 434 nm? 40. Welche Wellenlänge hat das Licht der Spektrallinie, die durch den Elektronenübergang eines Wasserstoffatoms vom Energieniveau n=6 auf n=3 Entsteht? Zu welcher Serie gehört dieser Übergang? 41. Beim photoelektrischen Effekt werden Elektronen aus der Oberfläche eines Metalls emittiert, wenn das Metall mit Licht bestrahlt wird. Um aus Barium ein Elektron zu emittieren, wird ein Photon mit einer Mindestenergie von 3, J benötigt. a) Welche Wellenlänge (in nm) entspricht diesem Wert? b) Ist blaues Licht der Wellenlänge 450 nm dazu geeignet? 4

5 42. Die homologen Elemente Kohlenstoff und Silizium bilden die stabilen Oxide CO 2 und SiO 2. Erläutern Sie die Struktur der Oxide und erklären Sie aus dieser Struktur die physikalischen Eigenschaften der Oxide! Gehen Sie vom Grundzustand des Zentralatoms aus, und entwickeln Sie daraus die Struktur. Geben Sie auch an, welche und wie viele Bindungen am Aufbau der Moleküle beteiligt sind und in welchem Winkel diese zueinander stehen. 43. Geben Sie bei folgenden Verbindungen den Hybridisierungstyp, Bindungswinkel und eine eventuelle Polarität der Verbindung an. Leiten Sie aus der Valenzelektronenkonfiguration (Grundzustand) ab! H 2 O CH 4 C 2 H 4 AlCl 3 [ ( OH) ] Al 4 H 2 SO 4 HNO 3 Warum kann ein symmetrisches Molekül (CH 4 ) nicht polar sein? 44. Was versteht man unter Elektronegativität? Ist sie direkt meßbar? Wie ändert sie sich a) innerhalb einer Gruppe? b) innerhalb einer Periode des PSE? Ordnen Sie die Elemente nach steigender Elektronegativität: F, Si, S, Cl, K 5

6 Aufgabentyp mol ONCl(g) wurde bei 500K in ein 1 Litergefäß eingebracht. Es stellt sich ein Gleichgewicht 2 ONCl(g) 2 NO(g) + Cl 2 (g) ein, wenn ein Stoffmengenanteil von 9 % des ONCl dissoziiert sind. Wie groß ist K c bei 500K? 59. Berechnen Sie die Stoffmenge an Ester, die bei 25 C im chemischen Gleichgewicht vorliegt, wenn man von 2 mol Essigsäure und 10 mol Ethanol Ausgeht. (K c = 4) C 2 H 5 OH + CH 3 COOH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O 60. Für die Reaktion 2 SO 3 (g) 2 SO 2 (g) + O 2 (g) ist K c = 0,0271 mol/l bei 1100K. Wie groß ist K p bei dieser Temperatur? 61. Für das Gleichgewicht C(s) + CO 2 (g) 2 CO(g) ist K p = 1, kpa bei 1000 C. Wie groß ist der Partialdruck des CO(g) in einem Gleichgewichtssystem mit p(co 2 ) = 10 kpa? Hinweis: p(co 2 ) liegt vor Einstellung des Gleichgewichts vor. 62. Bei der Bildung von Ammoniak aus den Komponenten werden bei 400 C pro Mol gebildeten Ammoniaks 56,4 kj freigesetzt. Berechnen Sie die prozentuale Abnahme der Gleichgewichtskonstanten K p, wenn die Temperatur auf 500 C erhöht wird. 70. a) Welchen ph-wert hat eine Lösung, deren Wasserstoffionenkonzentration 3, mol/l beträgt? b) Eine Lösung hat einen ph-wert von 8,65. Berechnen Sie ihre Wasserstoffionenkonzentration. 71. Berechnen Sie den ph-wert einer Schwefelsäurelösung (c=0,01 mol/l) unter der Voraussetzung einer vollständigen Säureprotolyse. K S (HSO 4 - =10-2 mol/l) 72. Berechnen Sie den ph-wert einer a) M Salzsäure und einer b) M Salzsäure! 73. Bestimmen Sie die Stoffmengenkonzentration einer zu 2% dissoziierten Essigsäurelösung! K S = 1, Der ph Wert einer 0,1 M Ammoniaklösung ist 11. Berechnen Sie die Basekonstante! 75. Bei ph = 5 kann man günstig mit einem Essigsäure / Natriumacetat Puffer arbeiten. In welchem Verhältnis sind die Stoffmengen an Essigsäure (K S = 1, ) und Natriumacetat zu mischen, damit die Lösung ph = 5 hat? 76. Bei einer Titration lagen nach der Zugabe von 10 ml Natriumhydroxidlösung (0,4 mol/l) zu 5 ml Essigsäure (K S = 1, ) gleiche Stoffmengen vor (Äquivalenzpunkt). Welche Stoffmengenkonzentration hatte die Essigsäure? Berechnen Sie den ph Wert der entstandenen Lösung! 6

7 77. In 200 ml Essigsäurelösung der Konzentration 0,1 mol/l werden 2 g Natriumacetat (C 2 H 3 NaO 2 ) gelöst. Die Säurekonstante der Essigsäure beträgt K S = 1, a) Berechnen Sie den ph-wert der Lösung. b) Berechnen Sie den ph-wert der Lösung nach Zugabe von 5ml Natronlauge der Konzentration 0,2 mol/l. c) Berechnen Sie den ph-wert der Lösung nach Zugabe von 5ml Salzsäure der Konzentration 0,2 mol/l. 78. Wie viel ml einer Natronlauge-Lösung (ph = 13,7) muss man mit 200ml Essigsäure (ph = 2,5; pk S = 4,75) vermischen, damit der ph-wert 5,00 erreicht wird? 79. Gegeben ist ein äquimolarer Acetatpuffer mit C Salz = C Säure = 0,1mol/l. Zu einem Liter dieser Lösung gibt man 3ml 1molare NaOH-Lösung. a) Berechnen Sie den ph-wert, der durch den Basenzusatz in der Lösung entsteht. b) Wie groß wäre der ph-wert, wenn man die 3ml 1molarer NaOH-Lösung zu einem Liter Wasser geben würde?(volumenzunahme vernachlässigen) 80. Die Massenkonzentration von Silberchlorid in einer gesättigten wässrigen Lösung beträgt bei Raumtemperatur 0,200 mg/100 ml. Berechnen Sie das Löslichkeitsprodukt von Silberchlorid. 81. Das Löslichkeitsprodukt von Bismutsulfid Bi 2 S 3 ist bei 25 C L = 1,6*10-72 mol 5 / l 5. Wie viel g Bi 2 S 3 sind in 500 ml einer gesättigten wässrigen Lösung enthalten? 82. Wie groß ist die Löslichkeit (Massenkonzentration der gesättigten Lösung) von Calciumcarbonat in reinem Wasser, wenn angenommen wird, dass in der Lösung nur Calciumionen Ca und Carbonationen CO 3 vorliegen? L( CaCO3 ) 1,1 10 = mol l 83. Wie lauten die Oxidationszahlen folgender Verbindungen? Ca[PtCl 6 ] Na 5 [IO 6 ] HClO 4 H 4 SiO 4 F 2 O NO 2 NO Ergänzen Sie stöchiometrisch folgende Redox-Gleichungen: a) H 2 SO 4 + C CO 2 + SO 2 + H 2 O b) KClO 3 KClO 4 + KCl c) Cu + HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + NO + H 2 O d) H 2 O + MnO 4 + ClO 2 MnO 2 + ClO 4 + OH 85. Aluminium reagiert im alkalischen Medium mit Kaliumnitrat KNO 3 zu Aluminat AlO 2 -, wobei gleichzeitig der stechende Geruch von NH 3 auftritt. Es ist die Reaktionsgleichung aufzustellen. 7

8 86. In alkalischer Lösung reagiert Kaliumpermanganat (KMnO 4 ) mit Hydrazin (N 2 H 4 ) zu Braunstein (MnO 2 ) und Stickstoff. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung! 87. Bei der Reduktion von Kaliumchromat K 2 CrO 4 mit Sulfitionen SO 3 2- in alkalischer Lösung bilden sich Tetrahydroxochromat(III)-Ionen mit der Formel [Cr(OH) 4 ] -. Stellen Sie die Reaktionsgleichung auf! 88. Stellen Sie die Reaktionsgleichung für die Oxidation von Eisen(II)-Sulfat zu Eisen(III)-Sulfat mit Kaliumpermanganat in verdünnter Schwefelsäure auf. Das Permanganat wird dabei zu Mangan(II)-Salz reduziert. 89. Entscheiden Sie, welche der angegebenen chemischen Reaktionen freiwillig ablaufen: Cl2 2Br + Br2 + 2Cl I2 2Br + Br2 + 2I Nutzen Sie dabei folgende Tabelle: Elektrode (Pt) Standardelektrodenpotential in V I 2 / 2 I - +0,54 Br 2 / 2 Br - +1,07 Cl 2 / 2 Cl - +1, Wie groß ist die Änderung des Reduktionspotentials in einer Lösung, die Mn 2+ - und MnO Ionen derselben Konzentrationen enthält, wenn durch Verdünnung der Lösung mit Wasser der ph-wert von ph = 2 auf ph = 4 erhöht wird? 2+ + Mn + 4H 2O MnO4 + 8H + 5e 91. Wie groß ist die Gleichgewichtskonstante K bei 25 C für folgende Reaktion? Fe 2+ (aq) + Ag + (aq) Fe 3+ (aq) + Ag(s) 92. Welches Volumen an Chlorgas wird bei 40 C unter einem Druck von 1020mbar entwickelt, wenn ein Strom von 10A 2 Stunden lang durch Salzsäure geleitet wird? 93. Aus einer Nickelsalzlösung wurde in 20 min bei einer Stromstärke von 0,68 A eine Masse von 218,9 mg Nickel abgeschieden. Die Stromausbeute betrug 88,2 %. Berechnen Sie die Avogadrosche Konstante! 94. Aus einer Nickelsalzlösung wurde in 20 min bei einer Stromstärke von 0,68 A eine Masse von 218,9 mg Nickel abgeschieden. Die Stromausbeute betrug 88,2 %. Berechnen Sie die Avogadrosche Konstante! 8