Übungsblatt 6. Versuch [NO] in mol l 1 [Br 2 ] in mol l 1 RG (NOBr) in mol l 1 s
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- Jacob Fleischer
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1 Übungsblatt Für die Gasphasenreaktion von NO und 2 wurden folgende Konzentrationen gemessen und Bildungsgeschwindigkeiten des Reaktionsproduktes NO bestimmt: Versuch [NO] in mol l 1 [ 2 ] in mol l 1 RG (NO) in mol l 1 s a) Wie lautet das Geschwindigkeitsgesetz für diese Reaktion? b) Berechnen Sie die Geschwindigkeitskonstante! 27. Die Zersetzung von N 2 O 5 (g) zu NO 2 (g) und O 2 (g) verläuft nach erster Ordnung. Die albwertszeit beträgt 21.8 min bei 45 C. a) Wie lautet die vollständige Reaktionsgleichung? b) Wie groß ist die Geschwindigkeitskonstante bei 45 C? 28. Für die Reaktion 2 NOCl (g) 2 NO (g) + Cl 2 (g) gilt das Geschwindigkeitsgesetz RG (Cl 2 ) = k [NOCl] 2. Bei T 1 = 300 K ist k 1 = L mol 1 s 1 und bei T 2 = 400 K ist k 2 = L mol 1 s 1. a) Wie groß ist die Aktivierungsenergie? b) Wie groß ist die Geschwindigkeitskonstante k bei 500 K? Zusätzliche Angabe: R = J mol 1 K Eine Reaktion erster Ordnung ist bei 400 K in 90 s und bei 430 K in 30 sec zu 50% abgelaufen. Wie groß ist die Aktivierungsenergie der Reaktion? 30. Das radioaktive Isotop 14 C hat eine albwertszeit von 5730 Jahren. a) Wie groß ist die Geschwindigkeitskonstante für den Zerfall von 14 C? b) Nach welcher Zeit sind 90% einer 14 C Substanzprobe zerfallen?
2 Übungsblatt 7 R = J mol 1 K 1 ; weitere eventuell notwendige Angaben sind dem Periodensystem zu entnehmen. 31. Welches Volumen (in Liter) nimmt 1.00 mol eines idealen Gases bei Normalbedingungen ein? 32. In einem Gerät zur Bestimmung der molaren Masse nach Victor Meyer werden g Aceton verdampft und das Volumen des Dampfes zu 41.3 cm 3 gemessen (bei 760 Torr und 20 C). Welche molare Masse hat Aceton? 33. Die Abgase eines Autos enthalten einen Stoffmengenanteil von 0.020% des umweltschädlichen Gases Kohlenmonoxid. Wenn das Auto 133 Liter Abgase bei einer Temperatur von 400 K und einem Atmosphärendruck von Pa emittiert, welche Masse an Kohlenmonoxid wird dann der Atmosphäre zugeführt? 34. Zur Wasserdesinfektion soll in einem Schwimmbad Chlor eingesetzt werden, das bis zu einer Konzentration von mol / L ins Wasser eingeleitet werden soll. Das Schwimmbecken hat eine Größe von 25.0 m 12.0 m und eine mittlere Tiefe von 1.5 m. a) Wieviel Liter Chlorgas müssten Sie einleiten, wenn das Gas bei Normaldruck von 1.0 bar und einer Temperatur von 25 C vorliegt? b) Welcher Druck (in bar) würde in einer 75 L Gasflasche bei 30 C herrschen, wenn in der Gasflasche nur die zur Desinfektion erforderliche Menge an Chlorgas vorhanden wäre? 35. Das Wasserstoffgas der Wetterballone wird häufig durch eine chemische Reaktion gewonnen, bei der aus Calciumhydrid und Wasser Wasserstoffgas und Calciumhydroxid erzeugt werden. a) Wie lautet die vollständige Gleichung dieser Reaktion? b) Wieviel Gramm Calciumhydrid und wieviel Gramm Wasser sind notwendig, damit in einen Ballon 250 L Wasserstoff bei Normaldruck und 298 K eingefüllt werden können?
3 Übungsblatt 8 Anmerkung zu allen Aufgaben: Entnehmen Sie weitere eventuell notwendige Angaben dem Periodensystem! 36. Methanol (C 3 O) und Ethanol (C 2 5 O) bilden ideale Lösungen. Bei 50 C hat reines Methanol einen Dampfdruck von 53.6 kpa und reines Ethanol einen Dampfdruck von 29.6 kpa. a) Welcher der beiden Alkohole hat den höheren Siedepunkt? b) Welchen Dampfdruck hat eine Lösung aus 24.0 g Methanol und 5.76 g Ethanol bei 50 C? c) Wie groß ist der Stoffmengenanteil von Methanol in einer Lösung, die bei 50 C einen Dampfdruck von 40.5 kpa hat? 37. Zeichnen Sie das Phasendiagramm für 2 basierend auf folgenden Informationen: Schmelzpunkt K, Siedepunkt K (jeweils bei Normaldruck); Tripelpunkt bei K und atm. Beschriften Sie die Bereiche, in denen die einzelnen Phasen stabil sind! 38. Verwenden Sie das Phasendiagramm aus Aufgabe 37, um zu beurteilen, was mit einer Probe 2 passiert, die: a) bei konstantem p = 1.00 atm von 400 K auf 250 K abgekühlt wird; b) bei K von atm auf atm komprimiert wird; c) unter konstantem Druck ( atm) von 250 K auf 400 K erwärmt wird. Zeichnen Sie für jeden Vorgang die entsprechenden Linien im Phasendiagramm ein. 39. Eine Kältepackung enthält 75 g Ammoniumnitrat und 250 g Wasser. Um wieviel Grad wird die Temperatur erniedrigt, wenn die beiden Stoffe gemischt werden? - Nehmen Sie hierzu an, daß sämtliche während des Lösevorgangs absorbierte Energie vom Wasser bereitgestellt wird. Δ Solv (N 4 NO 3 ) = 26.0 kj mol 1 ; molare spezifische Wärme C( 2 O) = 75.3 J mol 1 K Um einen Eistee herzustellen, werden g Eis mit einer Temperatur von K zu ml Tee (T= K) in einem isolierten Glasgefäß gegeben. Welche Temperatur hat das Getränk nachdem sämtliches Eis geschmolzen ist? molare Schmelzenthalpie Δ Schmelz ( 2 O) = 6.01 kj mol 1 molare spezifische Wärme C( 2 O) = C(Tee) = 75.3 J mol 1 K 1 M(Tee) = M( 2 O) = g mol 1
4 Übungsblatt Wie groß ist die gesamte Entropieänderung, wenn 2.0 mol 2 O (l) bei 0.0 C in einem Gefrierfach gefrieren, dessen Temperatur auf C gehalten wird? Δ Schmelz ( 2 O) = 6.01 kj mol Für die Reaktion COO (l) CO (g) + 2 O (l) ist Δ = kj mol 1 und ΔS = J mol 1 K 1. Wie groß ist ΔG? Zersetzt sich Ameisensäure (COO) spontan bei 25 C? 43. Für die Verdampfung von om, 2 (l) 2 (g), ist ΔG = 3.14 kj mol 1 bei 25 C. Die absoluten Entropien bei 25 C sind S ( 2, g) = J mol 1 K 1 und S ( 2, l) = J mol 1 K 1. a) Wie groß ist die Verdampfungsenthalpie bei 25 C? b) Wie groß ist die Gleichgewichtskonstante bei 25 C? 44. Beurteilen Sie für jedes der folgenden Substanzpaare, welche Substanz bei Standardbedingungen die grössere Entropie hat: a) 1 mol g und 1 mol Au; b) 1 mol NO und 1 mol NO 2 ; c) 2 mol NO 2 und 1 mol N 2 O Acrylnitril ist ein wichtiges Ausgangsprodukt für die Polymerindustrie, das zur erstellung synthetischer Fasern von Polyacrylnitril dient. Ausgehend von Propen (C 3 6 ) erhält man Acrylnitril (C 2 CCN) durch folgende Reaktion: 2 C 3 6 (g) + 2 N 3 (g) + 3 O 2 (g) 2 C 2 CCN (l) O (l). Berechnen Sie Δ, ΔS, ΔG für diese Reaktion, unter Verwendung der folgenden thermodynamischen Daten und beurteilen Sie kurz die Plausibilität der berechneten Werte. C 3 6 (g) N 3 (g) O 2 (g) C 2 CCN 2 O Δ f (kj mol 1 ) S (J mol 1 K 1 )
5 Übungsblatt 10 Relative Atomgewichte sind dem Periodensystem zu entnehmen, Standardpotentiale dem Skript (Kap. Elektrochemie ). 46. Wie groß ist das Redoxpotential einer Permanganatlösung mit einer MnO 4 - Konzentration von 0.10 mol/l, die Mn 2+ Ionen mit einer Konzentration von mol/l enthält, bei p = 1 / p = 3 / p = 5 / p = 7? Bei welchem p-wert wirkt diese Lösung am stärksten oxidierend? 47. Zur Bestimmung des Löslichkeitsproduktes von AgCl wurde die EMK folgender Konzentrationskette gemessen: Ag M KCl; AgCl(s) M AgNO 3 Ag Die EMK war V. Wie groß ist K L von AgCl? 48. Bei der Elektrolyse einer sauren Pb 2+ -Lösung wird PbO 2 (s) an der Anode abgeschieden. a) Formulieren Sie die Anodenreaktion. b) Wieviel Gramm PbO 2 scheiden sich bei einer Stromstärke von A in 25.0 min ab? c) Wie lange dauert die Abscheidung von allem Blei als PbO 2, wenn die Lösung 2.50 g Pb 2+ enthält und die Stromstärke A beträgt? 49. Vervollständigen Sie die folgenden Gleichungen und sagen Sie voraus, ob die Reaktionen in saurer Lösung stattfinden. Nehmen Sie für alle beteiligten Stoffe Standardkonzentration (1 mol/l) an. a) 2 O 2 + Cu 2+ Cu + O 2 b) 2 O 2 + Ag + Ag + O 2 c) Ag + + Fe 2+ Ag + Fe Die Scheinwerfer eines Autos benötigen eine Stromstärke von 5.9 A. Der Strom wird von einem Bleiakkumulator geliefert, der dabei Pb und PbO 2 verbraucht. Eine typische Elektrode enthält 250 g PbO 2. Wie lange kann die Batterie bei abgeschaltetem Motor die Scheinwerfer mit Strom versorgen, wenn sie bis zum vollständigen Verbrauch von PbO 2 konstant 5.9 A Strom liefert?
6 Übungsblatt Welche Raumstruktur besitzen die folgenden Verbindungen? SiF 4, ClF 5, SO 2, SO 4 2, 3 O +, Sb 3, TeF 5, SbCl 6. Zeichnen Sie die Lewisformeln unter Berücksichtigung der räumlichen Orientierung der Atome! Welche Bindungswinkel erwarten Sie in etwa für diese Verbindungen? 52. Stellen die folgenden zwei Strukturen idente Verbindungen oder unterschiedliche Verbindungen dar? Erläutern Sie Ihre Antwort! C 2 C 53. Experimentelle Untersuchungen zeigen, daß PCl 2 F 3 ein Dipolmoment hat, PCl 3 F 2 hingegen keines. Zeichnen Sie die Struktur dieser beiden Verbindungen und erläutern Sie, wodurch abstoßende Kräfte in den Strukturen minimiert werden. 54. Neben dem Sauerstoffmolekül O 2 gibt es auch noch die Ionen O 2 + und O 2, die in wäßrigen Lösungen allerdings nicht stabil sind. Skizzieren Sie das MO-Energieniveau- Diagramm für O 2 und erklären Sie, wie sich die Bindungsordnung und magnetische Eigenschaften bei inzufügen oder Wegnehmen eines Elektrons ändern. 55. Die erste Ionisierungsenergie von NO beträgt 891 kj/mol, jene von N kj/mol und jene von CO 1350 kj/mol. Erläutern Sie anhand der Elektronenkonfiguration (MO-Diagramm), warum NO wesentlich leichter ionisierbar ist als N 2 oder CO.
7 Übungsblatt 12 Anmerkung zu allen Aufgaben: Entnehmen Sie weitere eventuell notwendige Angaben dem Periodensystem! 56. Welche Masse 2 wird bei der Reaktion von 10.0 g Na mit überschüssigem Wasser erhalten? Welches Volumen nimmt der erzeugte Wasserstoff bei Standardbedingungen ein? 57. Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen für die Synthese von Chlor aus Cl - (aq) mit: a) PbO 2 (s) b) MnO 4 - (aq) c) Cr 2 O 7 2- (aq). Kann man mit den analogen Reaktionen auch F 2, 2, und I 2 aus den entsprechenden alogeniden herstellen? Begründen Sie Ihre Antwort! 58. Benennen Sie 10 verschiedene anorganische Substanzen mit pharmazeutischer Bedeutung und geben Sie jeweils deren Verwendung an. Versuchen Sie dabei für jede der acht auptgruppen mindestens einen Stoff mit pharmazeutischer Bedeutung anzugeben. 59. Ordnen Sie die im Folgenden angegebenen Substanzen nach der Größe der jeweiligen Eigenschaft (in aufsteigender Reihenfolge von links nach rechts, d.h. kleinste zuerst, größte zuletzt): a) Basenstärke: Ca(O) 2, CaCO 3, CaSO 4, Ca(C 3 CO 2 ) 2 b) Atomradius (Kovalenzradius): Be, Na, F, K c) Elektronegativität:, O,, I 60. cis-platin ist der Trivialname für ein Zytostatikum, das in der Krebstherapie zum Einsatz kommt. Dabei handelt es sich um einen quadratisch-planaren, neutralen Platinkomplex, der zwei Chlorid-Liganden und zwei N 3 -Liganden enthält, wobei gleichartige Liganden jeweils in Nachbarschaft angeordnet sind. a) Wie lautet der korrekte systematische Name von cis-platin? b) Zeichnen Sie die Strukturformel von cis-platin! c) Welche auptquantenzahl hat die äußerste besetzte d-schale von Pt und wie lautet die Elektronenkonfiguration dieser d-schale bei Pt 2+ und Pt 4+? d) Skizzieren Sie, wie die Elektronen auf die Orbitale dieser d-schale verteilt sind, wenn Pt 4+ als low-spin Komplex vorliegt!
A 2.6 Wie ist die Zusammensetzung der Flüssigkeit und des Dampfes eines Stickstoff-Sauerstoff-Gemischs
A 2.1 Bei - 10 o C beträgt der Dampfdruck des Kohlendioxids 26,47 bar, die Dichte der Flüssigkeit 980,8 kg/m 3 und die Dichte des Dampfes 70,5 kg/m 3. Bei - 7,5 o C beträgt der Dampfdruck 28,44 bar. Man
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