Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Anorganische Chemie Professur AC I. Seminar zum Brückenkurs 2016 TU Dresden, 2017 Folie 1

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1 Seminar zum Brückenkurs 2016 TU Dresden, 2017 Folie 1

2 Seminar zum Brückenkurs Chemie 2017 Chemische Bindung, Molekülbau, Stöchiometrie Dr. Jürgen Getzschmann Dresden,

3 Zeichnen von Valenzstrichformeln 1. Zeichnen Sie die Valenzstrichformeln (inkl. Aller freien Elektronenpaare) der folgenden Verbindungen: N 2, CO, CO 2, SO 2, SO 3, 2 O, 2 O 2, N 3, CO 3 2-, SO 4 2-, NO 3-, PO 4 3-, ClO 4, SF 6, XeF 2, S 2 O 8 2- Regeln zur Bestimmung von Strukturformeln: Gibt es ein zentrales Atom in dem Molekül? Wenn ja, welches ist es? Ordnen Sie alle anderen Atome um das evtl. vorhandene zentrale Atom. Wie viele Außenelektronen besitzen die enthaltenen Elemente? Wie viele Ladungen sind vorhanden? Wie viele Bindungen bilden die Atome bevorzugt aus? Verteilen Sie dementsprechend Mehrfachbindungen. Verteilen Sie die restlichen Elektronen in Form von freien Elektronenpaaren so, dass jedes Atom von möglichst acht Elektronen umgeben ist. (Wenn Oktettregel anwendbar!) Verteilen Sie Formalladungen (jedoch so wenig wie möglich), wenn ein Atom mehr oder weniger als acht Elektronen besitzt. (Wenn Oktettregel anwendbar!) TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 3 von 23

4 Zeichnen von Valenzstrichformeln 1. Zeichnen Sie die Valenzstrichformeln (inkl. Aller freien Elektronenpaare) der folgenden Verbindungen: N 2, CO, CO 2, SO 2, SO 3, 2 O, 2 O 2, N 3, CO 3 2-, SO 4 2-, NO 3-, PO 4 3-, ClO 4, SF 6, XeF 2, S 2 O 8 2- Folie 4 Folie 4 TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 4 von 23

5 Zeichnen von Valenzstrichformeln 1. Zeichnen Sie die Strukturformeln der folgenden Verbindungen: Propanol, Essigsäureethylester, Aceton Regeln zur Bestimmung der Strukturformeln organischer Verbindungen: Alle Elemente in organischen Verbindungen unterliegen der Oktettregel! Kohlenstoff ist immer 4-bindig!; Wasserstoff ist immer 1-bindig! Sauerstoff ist immer 2-bindig!; Organische Verbindungen basieren immer auf Kohlenstoff! zentrale Atome im Molekül sind immer C Der Präfix gibt an wie viele Kohlenstoffatome vorhanden sind Die Endung an, -en, -in gibt an ob Einfach-, Zweifach-, oder Dreifachbindungen vorliegen Die zusätzlichen Endungen -ol, -al, -on, -säure oder -ester geben die Substitution der Wasserstoffe durch Alkohol-, Aldehyd-, Keton-, Säure- oder Estergruppen an. TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 5 von 23

6 Zeichnen von Valenzstrichformeln 1. Zeichnen Sie die Strukturformeln der folgenden Verbindungen: Propanol, Essigsäureethylester, Aceton TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 6 von 23

7 Mesomere Grenzstrukturen 2. Zeichnen Sie alle mesomeren Grenzstrukturen des Thiosulfats! TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 7 von 23

8 Bestimmung von Oxidationszahlen 3. Bestimmen Sie die Oxidationszahlen der folgenden Verbindungen Def.: Die Oxidationszahl gibt Größe und Vorzeichen der elektrischen Ladung an, die dem Atom zuzuschreiben wäre, wenn man die Elektronen nach bestimmter Vorschrift auf die Atome verteilt. 1. Regel: Die Oxidationszahl der Atome in Elementen ist gleich Null. 2. Regel: Die Oxidationszahl der Atome in einatomigen Ionen entspricht der angegebenen Ladung: Al 3+, O 2-3. Regel: Fluor hat in Verbindungen immer Regel: Sauerstoff meistens 2, nur gegenüber Fluor und in Peroxiden nicht. 5. Regel: Wasserstoff in Verbindungen mit Nichtmetallen +1, in Verbindungen mit Metallen (ydriden) Regel: Gedanklich werden kovalente Bindungen als Ionenbindungen behandelt. Die Elektronen werden immer dem elektronegativeren Element zugeschrieben. 7. Regel: Die Oxidationszahl eines Elementes in einer Verbindung lässt sich berechnen, in dem man den anderen Elementen vernünftige Oxidationszahlen zuweist. Die Elektronegativität ist ein Maß für das Bestreben eines Elementes, in einer Bindung die Elektronen an sich zu ziehen. TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 8 von 23

9 Beispiel: Oxidation von Ethanol zu Essigsäure Bestimmung von Oxidationszahlen bei organischen Verbindungen C 2 6 O C 2 4 O 2 Lösung 1: Man kennt den chemischen Aufbau der Verbindungen C C O C : 1 x C = 0 1 x O = -1 2 x = +2 C C O O C : 1 x =O = 1 x O = -1 1 x C = 0 Regeln C C : 0 : +1 =O : O : -1 = +1 = -3 Oxidationszahl von C : 1 C : +3 C C O C C O O + 4 e TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 9 von 23

10 Bestimmung von Oxidationszahlen bei organischen Verbindungen Beispiel: Oxidation von Ethanol zu Essigsäure C 2 6 O C 2 4 O 2 Lösung 2: aller Oxidationszahlen im Molekül müssen Null sein!! C 2 6 O: X ( aller C-Atome) + 6 x +1() + 1 x 2(O) = O X +4 = O X = -4 C 2 4 O 2 : Y ( aller C-Atome) + 4 x +1() + 2 x 2(O) = O Y = O z Ox : Y X = 0 - (-4) = +4 allg.: z Ox = Produkte C-haltig Edukte C-haltig TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 10 von 23

11 3. Bestimmen Sie die Oxidationszahlen der folgenden Verbindungen: N 2, CO, 2 O, SO 2, SO 3, CO 3 2-, SO 4 2-, NO 3-, NaCl, ±0 ± NaCl TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 11 von 23

12 3. Bestimmen Sie die Oxidationszahlen der folgenden Verbindungen: KClO 3, ClO 4, Ca 2, SF 6, S 2 O 3 2-, S 2 O 8 2-, Propanol, Essigsäure Ca ± TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 12 von 23

13 Reaktionsgleichungen 4. Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsgleichungen: Beachten Sie dabei die Masse- und Ladungsbilanz! 2 Cl + Zn ZnCl FeCl NaO Fe(O) Na + + 3Cl - AgCl + 2 N 3 [Ag(N 3 ) 2 ]Cl Fe + S FeS CuSO N 3 [Cu(N 3 ) 4 ]SO 4 CaCl 2 + Na 2 SO 4 CaSO Na Cl - TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 13 von 23

14 4. Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsgleichungen: Beachten Sie dabei die Masse- und Ladungsbilanz! S + KClO O Cl 2 + K 2 SO SO 4 KClO e - ½ Cl 2 + K O - S O SO e - 5 S + 6 KClO O 3 Cl K 2 SO SO 4 TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 14 von 23

15 Reaktionsgleichungen 5. Stellen Sie die Reaktionsgleichungen für folgende Reaktionen auf: a) Erhitzen von Kaliumchlorat b) Fällung von Bismutsulfid mit Schwefelwasserstoff c) Lösen von Natriumcarbonat in Salzsäure a) 4 KClO 3 3 KClO 4 + KCl KClO 4 KCl + 2O 2 b) 2 Bi S Bi 2 S c) Na 2 CO Cl 2 Na Cl O + CO 2 TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 15 von 23

16 Stöchiometrie 6. Welchen Prozentgehalt und welche Konzentration (mol/l) haben folgende Lösungen, wenn die Dichte der resultierenden Lösungen 1 g/cm 3 beträgt: a) 30 g NaO in 50 g Wasser b) 5 g KCl in 100 g Wasser c) 2.7 g Al 2 (SO 4 ) O in 80 g Wasser a) ω = m NaO /m ges = 30 g / 80 g = 37.5 % M NaO = 40 g/mol n NaO = m/m = 0.75 mol c NaO = n/v = 0.75 mol / 0.05l = 15 mol/l b) ω = m KCl /m ges = 5 g / 105 g = 4.76 % M KCl = g/mol n KCl = m/m = mol c KCl = n/v = mol / 0.1l = 0.67 mol/l TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 16 von 23

17 Stöchiometrie 6. Welchen Prozentgehalt und welche Konzentration (mol/l) haben folgende Lösungen, wenn die Dichte der resultierenden Lösungen 1 g/cm 3 beträgt: a) 30 g NaO in 50 g Wasser b) 5 g KCl in 100 g Wasser c) 2.7 g Al 2 (SO 4 ) O in 80 g Wasser c) M Al2(SO4)3 16 2O = g/mol n Al2(SO4)3 = mol m Al2(SO4)3 = g ω = m Al2(SO4)3 /m ges = g / 82.7 g = 1.77 % c Al2(SO4)3 = n/v = mol / 0.08l = mol/l TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 17 von 23

18 Stöchiometrie 7. Berechnen Sie die Einwaagen, welche zur erstellung von 100 ml der folgenden Lösungen benötigt werden (Dichte immer 1,0 g/cm 3 ): a) 4.0 M KCl-Lösung aus KCl b) 1.0 M CuSO 4 -Lösung aus CuSO O c) 0.03 M KMnO 4 -Lösung aus KMnO 4 a) c = 4.0 mol/l; v = 100 ml M KCl = g/mol n KCl = c v = 0.4 mol m KCl = n M = g b) c = 1.0 mol/l; v = 100 ml M CuSO4 = g/mol n CuSO4 = c v = 0.1 mol m CuSO4 = n M = g c) c = 0.03 mol/l; v = 100 ml M KMnO4 = g/mol n KMnO4 = c v = mol m KMnO4 = n M = g TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 18 von 23

19 Stöchiometrie 8. Sie erhalten eine 20%ige (Gewichtsprozent) Natronlaugelösung. a) Bestimmen Sie die Konzentration der Lösung in mol/l (ρ = 1.22 kg/l). b) Wie viel ml 2 M Cl sind notwendig, um 200 ml der Natronlaugelösung zu neutralisieren? M(NaO) = 40 g/mol. a) ω = 20 % ρ = 1,22 g/ml M(NaO) = 40 g/mol Annahme: 1000 g Lösung m(nao) = 200 g NaO n(nao) = m(nao)/m(nao) = 5 mol v = 1000 g/1,22 g/ml = 819,672 ml = 0,8196 l c = 5 mol/0,8196 L = 6,1 mol/l TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 19 von 23

20 Stöchiometrie 8. Sie erhalten eine 20%ige (Gewichtsprozent) Natronlaugelösung. a) Bestimmen Sie die Konzentration der Lösung in mol/l (ρ = 1.22 kg/l). b) Wie viel ml 2 M Cl sind notwendig, um 200 ml der Natronlaugelösung zu neutralisieren? M(NaO) = 40 g/mol. b) v(nao) = 200 ml = 0,2 L c(nao) = 6,1 mol/l n(nao) = c(nao) v(nao)= 1,22 mol = n(cl) v(cl) = 1.22 mol / 2 mol/l = 0.61 L = 610 ml TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 20 von 23

21 Stöchiometrie 9. Sie sollen 0.3 g Kupfer(II)-oxid herstellen. Wie viel Gramm CuSO O sind bei einer Ausbeute von 100 % erforderlich? M CuO = g/mol M CuSO4 52O = g/mol Formal: CuSO O CuO O + 2 SO 4 m CuO = 0.3 g M CuO = g/mol M CuSO4 52O = g/mol n = m CuO / M CuO = 3.77 mmol m CuSO4 52O = M CuSO4 52O n = 0.94 g TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 21 von 23

22 Stöchiometrie 10. Wie viel prozentig ist eine Spirituose, wenn in 250 ml derselben 90 ml Ethanol enthalten sind? Vol% = v EtO /v ges 100 % = 90 ml / 250 ml 100 % = 36 % TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 22 von 23

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!! TUD; Brückenkurs Seminar 2017 Folie 23 von 23