Übungsaufgaben Chemie Nr. 3

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1 Übungsaufgaben Chemie Nr. 3 22) Wie hoch ist die Molarität der jeweiligen Lösungen, wenn die angegebene Substanzmenge in Wasser gelöst und auf 200 ml aufgefüllt wurde? a) 58.44g NaCl (Kochsalz) b) 100 g C 6 H 12 O 6 (Glucose) c) 1.8g KH 2 PO 4 d) 8.49 g AgNO 3 (Silbernitrat) 23) Wie viele ml einer 4-molaren Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) benötigen sie, um eine Lösung von 32 g NaOH in 250 ml Wasser zu neutralisieren? Stellen Sie die Reaktionsgleichung auf. Wenn Sie die Lösung eindampfen, wieviel Gramm Natriumsulfat (Na 2 SO 4 ) bleiben übrig? 24) Sie haben 1 Liter einer 20%igen (Gewichtsprozent!) Salzsäure (Dichte: kg/liter). Salzsäure ist in Wasser gelöster Chlorwasserstoff HCl. a) Wie viele ml dieser halbkonzentrierten Salzsäure (HCl) benötigen sie, um eine Lösung von 10 g NaOH in Wasser zu neutralisieren? Stellen Sie die Reaktionsgleichung auf. b) Wenn sie die Lösung aus der vorherigen Aufgabe eindampfen, wieviel Gramm Kochsalz (NaCl) können sie daraus gewinnen? 25) Geben Sie die Oxidationszahlen der Elemente der folgenden Verbindungen an (siehe Hilfe): a) AgNO 3 b) KH 2 PO 4 c) d) e) 26) Sie können bei 0 C eine Lösung von 21.4 g Cer-III-sulfat Ce 2 (SO 4 ) 3 in 100 ml Wasser herstellen. Wenn Sie diese Lösung auf 60 C erwärmen, fällt Ihnen ein Teil des Cer-IIIsulfats wieder aus und ihre Wägemessung der ausgefallenen, getrockneten Substanz ergibt g ausgefallenes Cer-III-sulfat. a) Wie hoch ist die Molarität des Ce 2 (SO 4 ) 3 in der Lösung bei 0 C und bei 60 C? 27) Welche Wärmemenge (in kj) ist erforderlich, um 55.5 mol H 2 O (fl) bei 1 atm von 0 C auf 100 C zu erwärmen? Die spez. Wärme von H 2 O (fl) bei 1 atm beträgt in cal g -1 K -1 : bei 0 C: , bei 25 C: , bei 50 C: , bei 75 C: , bei 100 C: Benutzen Sie den Mittelwert der spez. Wärme für die Berechnung. Die Umrechnung cal in Joule erfolgt nach: 1 cal = J

2 28) Welche Wärmemenge (in kj) ist erforderlich, um 100 g Eis (H 2 O, f) von -30 C in Wasserdampf bei 1 atm auf 130 C zu erwärmen? Die mittleren spezifischen Wärmen betragen in cal g -1 K -1 für Eis: 0.48, für flüssiges Wasser: 1.00, für Wasserdampf: Die Umwandlungswärmen für Eis-Wasser und für Wasser-Wasserdampf betragen: H 273 = kj, H 373 = + 41 kj 29) Können Sie Absolutwerte der Enthalpie auf theoretischem oder experimentellem Weg gewinnen? i. A) nur theoretisch ii. B) nur experimentell iii. C) überhaupt nicht iv. D) sowohl theoretisch als auch experimentell v. E) Nur bei 0 K 30) Welche Bindungen finden sich bei Ethin (H-C C-H) zwischen den Kohlenstoffatomen gemäß der Molekülorbitaltheorie? i. A) 3 Bindungen ii. B) 3 Bindungen iii. C) 1 Bindung und 2 Bindungen iv. D) 2 Bindung und 1 Bindungen v. E) Keiner der obigen Bindungstypen 31) Helium kann als He-He Molekül vorkommen weil das bei der Bindung entstehende bindende und antibindende Molekülorbital sich in ihrer Wirkung verstärken Hilfen für die Aufgaben Element Atommasse (g/mol) H 1.01 C N O F Na P S Cl K Al Ce

3 Ag mol = x Teilchen Molarität bzw. Stoffmengenkonzentration: Eine Lösung wird als 1-molar an Stoff X bezeichnet, wenn 1 mol des Stoffes X in einem Volumen von 1 Liter eines entsprechenden Lösungsmittels gelöst vorliegt (mol/l). Die Molalität bezieht sich auf die Masse des Lösungsmittels (mol/kg). Beispiel: 250-millimolare Lösung von NaF in 40 ml Wasser NaF (Natriumfluorid) ist der Stoff X und Wasser ist das entsprechende Lösungsmittel. 250-millimolar NaF in 1 Liter Wasser bedeutet 10.5 g pro Liter und entsprechend in 40 ml sind es dann 420 mg NaF. Als Gewichtsprozent bezeichnet man den Massenanteil einer Substanz x in einem Stoffgemisch mit einer anderen Substanz y bzw. die relative Masse der Komponente x an der Gesamtmasse des Stoffgemisches. Beispiel: 10 Gew-% bedeutet 100 g einer Substanz in 1 kg des gesamten Stoffgemisches. Oxidationszahl: Zur Bestimmung der Oxidationszahlen wendet man am besten die folgenden Regeln an: o Wasserstoff hat immer die Oxidationszahl +I, nur als Hydrid hat er -I o Sauerstoff hat die Oxidationszahl -II (Ausnahme: Peroxide) o Stickstoff hat meist die Oxidationszahl -III (häufige Ausnahme: Nitrate, Nitround Nitroso-Cruppen) o Halogene haben die Oxidationszahl -I (Ausnahmen: oxidierte Halogene, z.b. im Perchloratanion ClO 4 hat das Chlor die Oxidationszahl +VII) o benachbarte Kohlenstoffe verhalten sich neutral o Die Summe der Oxidationszahlen der einzelnen Elemente muss die betreffende Ladung der entsprechenden Verbindung ergeben (z.b. SO 4 2 ; O: II, S: +VI +VI + 4x II = 2 Wärmeberechnung: Q = c m T (Q: Wärmemenge (J); c: spez. Wärme (JK -1 kg -1 ); m: Masse (g); T: Temperatur (K) Enthalpie U: Innere Energie H: Enthalpie S: Entropie T: absolute Temperatur V: Volumen p: Druck pv: Volumenarbeit Die Enthalpie ist ein Maß für die Energie eines thermodynamischen Systems und folglich die Summe aus innerer Energie U und Volumenarbeit pv. Daraus folgt: H = U + pv dh = du + d(pv) = TdS pdv + pdv + Vdp = TdS + Vdp Erläuterung zu Aufgabe 31: Dieser Aufgabentyp besteht aus drei Teilen: Teil 1: Aussage 1

4 Teil 2: Aussage 2 Teil 3: Kausale Verknüpfung ( weil") Jeder der beiden Aussagen kann unabhängig von der anderen richtig oder falsch sein. Wenn beide Aussagen richtig sind, so kann die Verknüpfung durch weil" richtig oder falsch sein. Entnehmen Sie den richtigen Lösungsbuchstaben nach Prüfung der einzelnen Teile dem nachfolgenden Lösungsschema: Antwort Aussage 1 Aussage 2 Verknüpfung A richtig richtig richtig B richtig richtig falsch C richtig falsch - D falsch richtig - E falsch falsch Lösungen der Aufgaben ) Zuerst Berechnung der Molgewichte der Substanzen: NaCl (58.44 g/mol), C 6 H 12 O 6 ( g/mol), KH 2 PO 4 ( g/mol), AgNO 3 ( g/mol). Danach Umrechnung der Gewichtsmengen in Molmengen: NaCl (1.00 mol), C 6 H 12 O 6 (0.555 mol), KH 2 PO 4 ( mol), AgNO 3 (0.05 mol), daraus ergeben sich die Konzentration wie: 5 M NaCl, M Glucose, 66 mm KH 2 PO 4, 250 mm AgNO 3 23) H 2 SO NaOH Na 2 SO H 2 O 32.0 g NaOH (m.w g/mol) entsprechen 0.8 mol; Schwefelsäure hat 2 Protonen pro Schwefelsäuremolekül zur Verfügung, d.h. für die Neutralisierung reichen 0.4 mol Schwefelsäure aus und dies sind bei einer 4-molaren Lösung 100 ml. Bei dem entstehenden Natriumsulfat haben wir natürlich ebenfalls 0.4 mol und dies bedeutet: 0.4 (mol) (g/mol) = g 24) Bei einer 20gew.%igen HCl enthält 1 kg Gesamtlösung 200 g HCl. Aus der Dichte ergibt sich damit eine Konzentration von g/l. HCl hat ein m.w. von g/mol und damit ist die Konzentration 6.00 mol pro Liter, sprich: 6-molar. a) HCl + NaOH NaCl + H 2 O Um 0.25 mol NaOH zu neutralisieren, benötigen wir 0.25 mol HCl. Wir benötigen folglich ml der 6-molaren Salzsäure. a) Wenn 0.25 mol NaOH zur Verfügung stehen, dann können sich nur 0.25 mol NaCl bilden, und das sind g. 25) a) AgNO 3 Ag: +I, N: +V, O: -II : 0 b) KH 2 PO 4 K: +I, H: +I, P: +V, O: -II : 0 c) d) e) siehe Bild

5 c) d) e) 26) m.w. von Ce 2 (SO 4 ) 3 : g/mol Lösung in 100 ml Wasser bei 0 C: molar Lösung in 100 ml Wasser bei 60 C: molar 27) Nach Q = c m T folgt mit dem Mittelwert von c = cal g -1 K -1 einer Masse von 55.5 (mol) (g/mol) (das ist 1 kg!) und einem T von 100 K: kj (inkl. Umrechnung cal Joule) 28) Erwärmung von -30 C auf 0 C: = 1440 cal = 6025 J Erwärmung von 0 C auf 100 C: = cal = J Erwärmung von 100 C auf 130 C: = 1440 cal = 6025 J Umwandlungswärmen f fl und fl g: J Gesamte Wärmemenge als Summe: kj 29) C ist richtig, Absolutwerte der Enthalpie können nicht ermittelt werden. Berechnet werden können Reaktionsenthalpien oder allgemeiner formuliert Standardbildungsenthalpien. Dabei handelt es sich um Differenzen ( H). 30) C ist richtig 31) E ist richtig. Bei einer Molekülbildung würde das energetisch günstigere bindende und das energetisch ungünstigere antibindende Molekülorbital mit je einem Elektronenpaar besetzt werden. Die Wirkung würde sich folglich aufheben und eine Bindung käme nicht zustande.

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