Übung zu den Vorlesungen Organische und Anorganische Chemie

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1 Übung zu den Vorlesungen Organische und Anorganische Chemie für Biologen und Humanbiologen Lösungen - 1. Vervollständigen Sie die Reaktionsgleichungen und benennen Sie alle Verbindungen und Elemente. 2 Ag + S Ag 2 S Silber Schwefel Silbersulfid 4 Fe + 3 O 2 2 Fe 2 O 3 Eisen Sauerstoff Eisen(III)oxid 2 P 2 O H 2 O 4 H 3 PO 4 Phosphorpentoxid Wasser Phosphorsäure H 2 + Cl 2 2 HCl Wasserstoff Chlor Chlorwasserstoff B 2 O H 2 O 2 B(OH) 3 Boroxid Wasser Borsäure 3 FeS + 5 O 2 Fe 3 O SO 2 Eisensulfid Sauerstoff Eisen(II,IV)oxid Schwefeldioxid 2 Al + 3 MgO Al 2 O Mg Aluminium Magnesiumoxid Aluminiumoxid Magnesium Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O Calciumhydroxid Kohlendioxid Caliciumcarbonat Wasser NaBH H 2 O 4 H 2 + NaBO 2 Natriumborhydrid Wasser Wasserstoff Natriumborat 2 Li + 2 H 2 O 2 LiOH + H 2 Lithium Wasser Lithiumhydroxid Wasserstoff

2 HCl + NaOH NaCl + H 2 O Chlorwasserstoff Natriumhydroxid Natriumchlorid Wasser H 2 SO 4 + Ba(OH) 2 BaSO H 2 O Schwefelsäure Bariumhydroxid Bariumsulfat Wasser CH 3 COOH + NaOH CH 3 COONa + H 2 O Essigsäure Natriumhydroxid Natriumcacetat Wasser CaCO HCl CaCl 2 + H 2 CO 3 Calciumcarbonat Chlorwasserstoff Calciumchlorid Kohlensäure CaH H 2 O Ca(OH) H 2 Calciumhydrid Wasser Calciumhydroxid Wasserstoff 2 Na + 2 H 2 O 2 NaOH + H 2 Natrium Wasser Natriumhydroxid Wasserstoff FeSO 4 + AgNO 3 Ag + FeNO 3 SO 4 Eisen(II)sulfat Silbernitrat Silber Eisen(III)nitratsulfat 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Wasserstoff Sauerstoff Wasser NH 3 + HCl NH 4 Cl Ammoniak Chlorwasserstoff Ammoniumchlorid 2 Al + 3 S Al 2 S 3 Aluminium Schwefel Aluminiumsulfid 2. Berechnen Sie die molaren Massen der folgenden Verbindungen. Natriumhydroxid M(NaOH) = M(Na) + M(O) + M(H) M(NaOH) = 23 g/mol + 16 g/mol + 1 g/mol M(NaOH) = 40 g/mol Salzsäure M(HCl) = M(H) + M(Cl) M(HCl) = 1 g/mol + 35 g/mol M(HCl) = 36 g/mol Silberchlorid M(AgCl) = M(Ag) + M(Cl) M(AgCl) = 108 g/mol + 35 g/mol M(HCl) = 143 g/mol Silbernitrat M(AgNO 3 ) = M(Ag) + M(N) + 3 * M(O) M(AgNO 3 ) = 108 g/mol + 14 g/mol + 3 * 16 g/mol

3 M(AgNO 3 ) = 170 g/mol Aluminiumsulfid M(Al 2 S 3 ) = 2 * M(Al) + 3 * M(S) M(Al 2 S 3 ) = 2 * 27 g/mol + 3 * 32 g/mol M(Al 2 S 3 ) = 150 g/mol Wasser M(H 2 O) = 2 * M(H) + M(O) M(H 2 O) = 2 * 1 g/mol + 16 g/mol M(H 2 O) = 18 g/mol Natriumsulfat M(NaSO 4 ) = M(Na) + M(S) + 4 * M(O) M(NaSO 4 ) = 23 g/mol + 32 g/mol + 4 * 16 g/mol M(NaSO 4 ) = 119 g/mol 3. Bestimmen Sie die Oxidationszahl (Wertigkeit) der einzelnen Elemente in den folgenden Verbindungen. H 2 +I O H 2 +I S +VI O 4 H 2 +I O 2 Na +I O Cl +I Na +I Cl Ca +II F 2 K 3 +I [Fe +III (C +II N I ) 6 ] Fe +II S +VI O 4 Ba +II Cl 2 N I H 3 +I Ca +II H 2 H +I N +V O 3 Al +III Cl 3 C +IV O 2 Al 2 +III S 3 C V H 4 +I 4. Bestimmen Sie die Summenformel der folgenden Verbindungen, zeichnen Sie anschließend die Strukturformeln und erläutern Sie die Bindigkeit der einzelnen Atome. Schwefelsäure H 2 SO 4 Bindigkeiten: H = 1, S = 6, O = 2 Schwefelwasserstoff H 2 S Bindigkeiten: H = 1, S = 2 Ammoniak NH 3 Bindigkeiten: N = 3, H = 1 Kohlendioxid CO 2 Bindigkeiten: C = 4, O = 2 Kohlenmonoxid CO Bindigkeiten: C = 3, O = 3 Definition: Unter der Bindigkeit versteht man die Anzahl an (Atom-) Bindungen, die von einem Atom eingegangen werden. Sie wird in Lewisoder Strukturformeln durch die Anzahl der Valenzstriche, ausgehend von einem Atom, ausgedrückt.

4 5. Wie viel g Kochsalz und wie viel ml Wasser werden benötigt um 0,5 L isotonische Kochsalzlösung (0,9 Gew.% NaCl, spez. Masse bzw. Dichte von 1,0046 g/ml) herzustellen? Isotonische Kochsalzlösung enthält 0,9 Gew% Kochsalz. 0,5 L dieser Lösung entsprechen NICHT 500 g, da die Dichte der Lösung nicht 1 g/ml ist, sondern 1,0046 g/ml. D.h. 500 ml entsprechen 500mL 1, 0046g/mL = 502, 3g Von diesen 502,3 g Lösung müssen 0, 9% 502,3g 0, 9 = 4, 52g Kochsalz sein. Der Rest 502, 3g 4, 52g = 497, 78g 497, 78mL ist Wasser. Man benötigt 4,52 g Kochsalz und 497,78 ml Wasser für 0,5 L isotonische Kochsalzlösung. 6. Wie viel ml Eisessig ( % Essigsäure) und wie viel ml Wasser braucht man um 400 ml Essigessenz für den Küchengebrauch (25 Vol% Essigsäure) herzustellen? Von 400 ml sollen 25% 400mL 25 = ml Essig sein. Die restlichen 400mL ml = 300mL sind Wasser. Man benötigt ml Eisessig und 300 ml Wasser für 400 ml Essigessenz. 7. In der Mikrobiologie wird 70 Vol% Alkohol verwendet um Arbeitsflächen und Utensilien zu desinfizieren, da diese Alkoholkonzentration die besten antimikrobiellen Eigenschaften hat. An der Chemikalienausgabe erhält man allerdings nur reinen Alkohol (96 Vol%). a) Wie viel ml Wasser muss man zu 200 ml des reinen Alkohols geben um für mikrobiologische Zwecke brauchbaren 70 Vol% Alkohol zu erhalten? 200 ml reiner Alkohol enthalten 96 Vol% 200mL 96 = 192mL Alkohol. Diese 192 ml entsprechen 70 Vol% der herzustellenden Lösung. Das Gesamtvolumen dieser ist damit 192mL 70 = 274, 3mL

5 Zu den 200 ml des reinen Alkohols müssen noch 274, 3mL 200mL = 74,3mL Wasser zugegeben werden um 70 Vol% Alkohol zu erhalten. b) Wie viel ml des reinen Alkohols muss man mit wie viel ml Wasser verdünnen um 200 ml 70 Vol% Alkohol zu erhalten? In den 200 ml des 70 Vol% Alkohols müssen 70% 200mL 70 = 140mL Alkohol enthalten sein. Vom reinen Alkohol, d.h. dem 96 Vol% Alkohol, werden daher 140mL 96 = 145, 83mL benötigt. Zusätzlich braucht man noch 200mL 145, 83mL = 54, 16mL Wasser. Für 200 ml 70 Vol% Alkohol müssen 145,83 ml 96 Vol%iger Alkohol mit 54,16 ml Wasser gemischt werden. 8. Wieviel g Natriumhydroxid wird benötigt um 0,75 L einer 2 molaren Lösung herzustellen? Die molare Masse von Natriumhydroxid (NaOH) entspricht M(NaOH) = 40 g/mol. Eine 2 molare Lösung enthält 2 mol/l NaOH. 0,75 L 2 molare Lösung enthalten also 2mol 1L 0, 75L = 1, 5mol NaOH. 1,5 mol NaOH entsprechen 40g 1mol 1, 5mol = 60g Man benötigt 60 g Natriumhydroxid für 0,75 L einer 2molaren Lösung. 9. Konzentrierte Salzsäure hat einen HCl-Gehalt von 37 % (Dichte 1,19 g/ml). Bestimmen sie die Molarität und die Normalität dieser Lösung. Wie viel ml konz. Salzsäure und wie viel ml Wasser werden benötigt um 1 L 2 molare Salzsäure herzustellen? Definition: Die Molarität oder Stoffmengenkonzentration c bezeichnet den Quotienten aus Stoffmenge n eines gelösten Stoffes x im Volumen V eines Lösungsmittel LM. Die Molarität wird in mol/l angegeben. c x = n x [c x ] = mol V LM L Definition: Die Normalität oder Äquivalentkonzentration ist eine spezielle Stoffmengenkonzentration. Der Stoff ist in diesem Fall jedoch nicht ein ganzes Molekül, Ion oder Atom, sondern ein für die betrachtete Reaktion bestimmtes Teilchen bzw. Äquivalent. Für z.b. Neutralisationen ist es ein Proton, für Redoxreaktionen ein Elektron. Die Konzentrationsangabe wird auf die Anzahl z dieser Teilchen bzw. Äquivalente bezogen. Bei z = 2 ist die Normalität doppelt so groß wie die Molarität. Die molare Masse von Chlorwasserstoff (HCl) entspricht M(HCl) = 36,5 g/mol.

6 1 L konzentrierte Salzsäure antspricht 1, 19g/mL 0mL = 1190g. 1 L bzw g enthalten somit 37% 1190g 37 = 440, 3g HCl. 440,3 g HCl entsprechen 440,3g 36,5g/mol Protonen z = 1 (Neutralisationsreaktion). = 12, 06mol. HCl enthält ein Äquivalent Die Normalität ist hier gleich der Molarität. Die betragen beide 12,06 mol/l. 1 L 2 molare Salzsäure enthält 2mol 1L = 2mol HCl. 2mol 1L = 0, 166L 1L 12,06mol konzentrierte Salzsäure enhalten diese 2 mol HCl. Füllt man 166 ml konzentrierte Salzsäure mit 0mL 166mL = 834 ml Wasser auf, erhält man 1 L 2 molare Salzsäure. 10. Konzentrierte Schwefelsäure hat meist einen Gehalt von 98% (Dichte 1,84 g/ml). Bestimmen sie die Molarität und die Normalität dieser Lösung. Wie viel ml konz. Schwefelsäure und wie viel ml Wasser werden benötigt um 0,5 L 4 molare bzw. normale Schwefelsäure herzustellen. Die molare Masse von Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) entspricht M(H 2 SO 4 ) = 98 g/mol. 1 L konzentrierte Schwefelsäure antspricht 1, 84g/mL 0mL = 1840g. 1 L bzw g enthalten somit 98% 1840g 98 = 1803, 2g H 2SO ,2 g H 2 SO 4 entsprechen 1803,2g 98g/mol = 18, 4mol H 2SO 4 enthält 2 Äquivalente Protonen z = 2 (Neutralisationsreaktion). Die Molarität ist 18,4 mol/l. Die Normalität ist hier mit 36,8 mol/l doppelt so hoch. 0,5 L 4 molare Schwefelsäure enthalten 4mol 0, 5L = 2mol H 2mol 1L 2SO 4. 1L = 18,4mol 0, 11L konzentrierte Schwefelsäure enhalten diese 2 mol H 2 SO 4. Füllt man 110 ml konzentrierte Schwefelsäure mit 500mL 110mL = 390 ml Wasser auf, erhält man 0,5 L 4 molare Schwefelsäure.