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1 Literatur: Housecroft Chemistry, Kap Vervollständigen Sie folgende, stöchiometrisch nicht ausgeglichene Reaktions gleichungen von Sauerstoffverbindungen. Die korrekten stöchiometrischen Faktoren müssen Sie selbst finden. MgH 2 + H 2 O Li 3 N + H 2 O NO + NO 2 + H 2 O SO 2 + H 2 O Na 4 SiO 4 + H 2 SO 4 Be(OH) 2 + NaOH Ca(OH) 2 + CO 2 SiO 2 + Al t > 1500 C 2. Zeigen Sie unter Berücksichtigung der beiden folgenden Reaktionen für E = O und E = S, dass die Bildung zweiatomiger Moleküle für Sauerstoff, für Schwefel jedoch die Ringbildung begünstigt ist. 8 E (g) 4 E 2 (g) 8 E (g) E 8 (g) Gegeben sind die folgenden Werte kovalenter Bindungsenthalpien: O O: 146 kj mol 1 S S: 266 kj mol 1 O=O: 498 kj mol 1 S=S: 427 kj mol 1 3. a) Vergleichen Sie das Element Schwefel hinsichtlich folgender Eigenschaften mit den angegebenen Elementen. Setzen Sie jeweils ein < (kleiner als) oder > (grösser als) zwischen die Elemente. Elektronegativität S Se Stärke der Sauerstoffsäure S P Stärke der Wasserstoffsäure S Cl Basischer Charakter der Oxide S Bi

2 b) Geben Sie die Elektronenkonfiguration des Schwefels im Grundzustand an. Berechnen Sie die effektive Kernladungszahl Z eff für ein 3pElektron des Schwefels. c) Elementarer Schwefel kann durch Umsetzung der Gase Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid hergestellt werden (ClausProzess). Formulieren Sie die Reaktionsgleichung. Um welchen Reaktionstyp handelt es sich? d) Elementarer Schwefel bildet bei Standardbedingungen eine stabiles S 8 Molekül. Skizzieren Sie das Molekül. Sauerstoff bildet hingegen ein stabiles O 2 Molekül. Geben Sie eine Erklärung für das unterschiedliche Verhalten beider Elemente trotz gleicher Valenzelektronenzahl. Das SauerstoffMolekül ist ausserdem ein Diradikal. Wie kann man diesen Befund erklären? e) Elementarer Schwefel kann zu den Kationen (S 8 ) 2+ und (S 4 ) 2+ oxidiert werden. Skizzieren Sie die Strukturen beider Ionen. Welche besondere Eigenschaft besitzt (S 4 ) 2+? f) Formulieren Sie Reaktionsgleichungen für die Umsetzung von Schwefeldioxid bzw. von Schwefeltrioxid mit Wasser. SO 2 + H 2 O SO 3 + H 2 O Zeichnen Sie Valenzstrichformeln beider Oxide sowie der Reaktionsprodukte. g) Vervollständigen Sie folgende Reaktionsgleichungen. Die korrekten stöchiometrischen Faktoren müssen Sie selbst finden. SO 2 + Ca(OH) 2 H 2 SO 4 (100%) + HNO 3 (100%) FeS + H 2 SO 4 Ca 3 (PO 4 ) 2 + H 2 SO 4 H 2 S 2 O 8 + H 2 O Al 2 S 3 + H 2 O Na 2 S 2 O 3 + I 3 Na 2 SO 3 + HCl

3 4. In der untenstehenden Tabelle sind sechs Sauerstoffsäuren aufgelistet. a) Geben Sie für diese Verbindungen eine Struktur an. b) Welche formale Oxidationsstufe hat das Zentralatom? c) In welchem Valenzzustand liegt das Zentralatom vor? Valenz Ox.-zahl Molekülstruktur (VSEPR) H 3 BO 3 H 6 Si 3 O 9 H 3 PO 4 H 4 P 2 O 6 H 2 SO 5 H 6 TeO 6

4 1. MgH H 2 O Mg(OH) H 2 Li 3 N + 3 H 2 O 3 LiOH + NH 3 NO + NO 2 + H 2 O 2 HNO 2 SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 Na 4 SiO H 2 SO 4 H 4 SiO Na 2 SO 4 Be(OH) NaOH Na 2 [Be(OH) 4 ] Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O 3 SiO Al 3 Si + 2 Al 2 O 3 t > 1500 C 2. Im Falle der E 2,Molekülbildung resultiert der Energiegewinn aus der Bildung von vier E,E,Doppelbindungen, bei der E 8,Ringbildung entstehen hingegen acht E,E, Einfachbindungen. / kj mol,1 / kj mol,1 8 O (g) 4 O 2 (g), S (g) 4 S 2 (g), O (g) O 8 (g), S (g) S 8 (g),2128 O O: 146 kj mol,1 O=O: 498 kj mol,1 S S: 266 kj mol,1 S=S: 427 kj mol,1 Beim Sauerstoff ist die Bildung von vier O 2,Molekülen gegenüber der Bildung eines Achtringes energetisch begünstigt, für Schwefel gilt das Umgekehrte. 3. a) Elektronegativität Stärke der Sauerstoffsäure Stärke der Wasserstoffsäure Basischer Charakter der Oxide S > Se S > P S < Cl S < Bi b) S: 1s 2 ; 2s 2 2p 6 ; 3s 2 3p 4 = 2 x x x 0.35 = = 5.45

5 c) 2 H 2 S + SO 2 3 S + 2 H 2 O (oder 3/8 S 8 ) Komproportionierung d) Schwefel als Element der dritten Periode kann keine p π,p π,doppelbindungen bilden. Daher bildet Schwefel mittels σ,bindungen einen achtgliedrigen Ring. Sauerstoff als Element der zweiten Perioden bildet hingegen eine Doppelbindung zwischen zwei Sauerstoffatomen. Das MO,Schema des Sauerstoffmoleküls zeigt zwei einfach besetzte Orbitale, die den Diradikalcharakter des Sauerstoffs hervorrufen. e)

6 f) SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 g) SO 2 + Ca(OH) 2 CaSO 3 + H 2 O H 2 SO 4 (100%) + HNO 3 (100%) HSO 4, HSO 4, + H 2 O + NO H 2 NO FeS + H 2 SO 4 FeSO 4 + H 2 S Ca 3 (PO 4 ) H 2 SO 4 Ca(H 2 PO 4 ) CaSO 4 Andere mögliche Protolyseprodukte: H 3 PO 4 oder CaHPO 4 H 2 S 2 O H 2 O 2 H 2 SO 4 + H 2 O 2 oder: H 2 S 2 O 8 + H 2 O H 2 SO 4 + H 2 SO 5 Al 2 S H 2 O 2 Na 2 S 2 O 3 + I 3 Na 2 SO HCl 2 Al(OH) H 2 S Na 2 S 4 O NaI + I H 2 SO NaCl

7 4. Valenz Ox.,zahl Molekülstruktur (VSEPR) H 3 BO H 6 Si 3 O H 3 PO H 4 P 2 O H 2 SO H 6 TeO

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