Übungsaufgaben Chemie

Transkript

1 Übungsaufgaben Chemie (Wintersemester 202/203) Bearbeiter: Dr. Nikos Tsierkezos. Schreiben Sie die Gleichgewichtskonstante der folgenden Reaktionen auf: 2NaHCO 3(s) Na 2 CO 3(s) + CO 2(g) + H 2 O (g) () 2N 2(g) + 6H 2 O (l) 4NH 3(g) + 3O 2(g) (2) 2C 2 H 4(g) + O 2(g) 2CH 3 CHO (g) (3) Ag 2 SO 4(s) 2Ag + 2- (aq) + SO 4 (aq) (4) NH 4 HS (s) H 2 S (g) + NH 3(g) (5) 2. Formulieren Sie die Gleichgewichtskonstante der folgenden Reaktionen: I 2(s) + 5F 2(g) 2IF 5(g) () P 4(s) + 5O 2(g) P 4 O 0(s) (2) BaCO 3(s) + C (s) BaO (s) + 2CO (g) (3) CO (g) + 2H 2(g) CH 3 OH (l) (4) 3- H 3 PO 4(aq) + 3H 2 O (l) PO 4 (aq) + 3H 3 O + (aq) (5) I 2(g) I 2(s) (6) Pb 2+ (aq) + 2I - (aq) PbI 2(s) (7) HIO (aq) + H 2 O (l) IO - (aq) + H 3 O + (aq) (8) 3. Welche Beziehung gibt es zwischen den Gleichgewichtskonstanten der folgenden Reaktionen: N 2 + O 2 2NO (K c(i) ) () ½ N 2 + ½ O 2 NO (K c(ii) ) (2) 4. In einem Reaktionsgefäß von.0 L reagieren 2.0 mol Wasserstoff H 2 mit 2.0 mol Kohlenstoffdioxid CO 2 zu Wasser H 2 O und Kohlenstoffmonoxid CO (H 2 + CO 2 H 2 O + CO). Die Reaktion läuft nicht vollständig ab. Im Gleichgewichtzustand sind.5 mol H 2 vorhanden. (i) Berechen Sie die Gleichgewichtskonstante K c der Reaktion. Wenn 4.0 mol H 2 mit 2.0 mol CO 2 reagieren, sind im Gleichgewichtszustand 0.7 mol CO vorhanden. (ii) Ermitteln Sie die Gleichgewichtskonstante K c.

2 5. (a) Die Reaktion 2NO 2 N 2 O 4 läuft nicht vollständig ab. In einem Reaktionsgefäß werden.0 mol NO 2 bei einer bestimmten Temperatur gebracht. Im Gleichgewichtszustand sind mol N 2 O 4 vorhanden. (i) Wieviel mol NO 2 sind im Gleichgewichtszustand vorhanden? (ii) Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante der Reaktion und tragen Sie die Veränderung der Stoffmenge des Endprodukts und des Ausgangsprodukts mit der Zeit in einem Diagramm ein. (b) In ein Reaktionsgefäß werden 0.5 mol N 2 O 4 bei derselben Temperatur gebracht. Im Gleichgewichtszustand sind mol N 2 O 4 vorhanden. (iii) Tragen Sie die Veränderung der Stoffmenge des Endprodukts und des Ausgangsstoffes mit der Zeit in einem Diagramm ein Stoffmenge / (mol) Stoffmenge / (mol) Zeit Zeit 6. Die Gleichgewichtskonstante der folgenden exothermischen Reaktion bei 300 K beträgt 0 40 bar /2. Mit der Steigerung der Temperatur nimmt die Gleichgewichtskonstante ab (die Gleichgewichtskonstante beträgt 0 0 bar -/2 bei 000 K). Begründen Sie die Veränderung der Gleichgewichtskonstante und der Verschiebung der Gleichgewichtslage in Richtung der Ausgangsstoffe. H 2 + ½ O 2 H 2 O H = kj mol - 7. In einem Reaktionsgefäß von.0 L reagieren.0 mol Wasserstoff H 2 mit.0 mol Kohlenstoffdioxid CO 2 bei 800 o C. Im Gleichgewichtszustand sind 0.49 mol Kohlenstoffmonoxid CO vorhanden. (i) Formulieren Sie die Reaktion und (ii) berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante bei 800 o C. 8. Wenn 0.05 mol Propansäure CH 3 CH 2 COOH in 0.5 L Wasser aufgelöst werden, ist die Gleichgewichtskonzentration von Wasserstoff-Ionen H mol L -. Berechnen Sie die Säurekonstante der Propansäure. 2

3 9. Ermitteln Sie die Gleichgewichtskonstante K c der folgenden Reaktion mit Hilfe der Säurekonstante der Phosphorsäure pk s =+2.32 (HPO H 2 O PO H 3 O + ) und des Ionenproduktes des Wassers pk w =+4. HPO 4 2- (aq) + OH - (aq) PO 4 3- (aq) + H 2 O (l) 0. Die Gleichgewichtskonstante K c der Reaktion FeO (s) + CO (g) Fe (s) + CO 2(g) beträgt K c =0.403 bei 000 o C. Berechnen Sie die Konzentration im Gleichgewichtzustand von CO und CO 2, wenn 5.0 mol CO mit FeO im Überschuss in einem Reaktionsgefäß von.0 L bei 000 o C reagieren.. Die Gleichgewichtskonstante K c der Reaktion H 2(g) + F 2(g) 2HF (g) beträgt K c =5. Berechnen Sie die Gleichgewichtskonzentration der Stoffe, wenn 3.0 mol H 2 mit 3.0 mol F 2 in einem Reaktionsgefäß von.0 L reagieren. 2. Was versteht man unter einem Katalysator? Wie wirkt einen Katalysator? 3. Was versteht man unter einer Säure und einer Base? 4. Identifizieren Sie die folgende Stoffe als starke oder schwache Säure, starke oder schwache Base, oder Salz: (i) Essigsäure CH 3 COOH, (ii) Ammoniumchlorid NH 4 Cl, (iii) Kaliumchlorid KCl, (iv) Natriumacetat CH 3 COONa, (v) Natriumhydroxid NaOH, (vi) Ammoniak NH 3, (vii) Perchlorsäure HClO 4, (viii) Hypochlorige Säure HClO, (ix) Bariumhydroxid Ba(OH) 2 und (x) Salpetersäure HNO An einer Protonenübertragungsreaktion (Protolysereaktion) sind zwei Säure-Base Paare beteiligt. Ergänzen Sie (und gleichen Sie aus) die folgenden Reaktionen und zeigen Sie für jede Reaktion die zwei Säure-Base Paare. HCl + H 2 O... () H 2 SO 4 + H 2 O... (2) HSO H 2 O... (3) NH H 2 O... (4) HCO H 2 O. (5) H 2 O + H 2 O.. (6) 6. Finden Sie die konjugierten Basen der folgenden Säuren, (i) Perchlorsäure HClO 4, (ii) Salpetersäure HNO 3, (iii) Cyanwasserstoff HCN, (iv) Ameisensäure HCOOH und (v) Essigsäure CH 3 COOH. 3

4 7. Finden Sie die konjugierten Säuren der folgenden Basen, (i) Ammoniak NH 3, (ii) Hydroxylgruppe OH -, (iii) Acetat CH 3 COO -, (iv) Hypochlorid Anion OCl - und (v) Cyanid Anion CN Ordnen Sie die folgende Säuren nach steigender Stärke, (i) Perchlorsäure HClO 4 (pk s =-0), (ii) Salzsäure HCl (pk s =-7), (iii) Schwefelsäure H 2 SO 4 (pk s =-3), (iv) Salpetersäure HNO 3 (pk s =-.37), (v) Schweflige Säure H 2 SO 3 (pk s =+.90), (vi) Phosphorsäure H 3 PO 4 (pk s =+2.6) und (vii) Essigsäure CH 3 COOH (pk s =+4.75). 9. Ordnen Sie die folgenden Säuren nach steigender Stärke, (i) Arsensäure H 3 AsO 4 (pk s =2.25), (ii) Borsäure H 3 BO 3 (pk s =9.23), (iii) Kohlensäure H 2 CO 3 (pk s =6.37), (iv) Hypobromige Säure HBrO (pk s =8.70), (v) Oxalsäure (COOH) 2 (pk s =.25), (vi) Benzoesäure C 6 H 5 COOH (pk s =4.9), (vii) Monochloressigsäure ClCH 2 COOH (pk s =2.85) und (viii) Trichloressigsäure Cl 3 CCOOH (pk s =0.70). 20. Was versteht man unter einem Ampholyt. Geben Sie zwei Beispiele. 2. Ermitteln Sie den ph-wert einer Lösung mit einer Konzentration der Wasserstoff- Ionen H + von, (i) 0.5 mol L -, (ii) mol L -, (iii) mol L - und (iv) mol L Berechnen Sie die Konzentration der Hydroxyl-Ionen OH - in den folgenden wässrigen Lösungen mit den ph-werte, (i) ph=0.66, (ii) ph=7.85, (iii) ph=3.68 und (iv) ph= Berechnen Sie die Konzentration der Hydroxyl-Ionen OH - in einer wässrigen Lösung mit einer Wasserstoff-Ionen H + Konzentration von 0-2 mol L -? 24. Berechnen Sie die ph-werte, einer Lösung von Salzsäure HCl (pk s =-7) mit einer Konzentration von 0. mol L -, einer Lösung von Perchlorsäure HClO 4 (pk s =-0) mit einer Konzentration von 0.5 mol L - und einer Lösung von Essigsäure CH 3 COOH (pk s =+4.75) mit einer Konzentration von 0. mol L Berechnen Sie den ph-wert der wässrigen Lösungen der folgenden Stoffen, die eine Konzentration von.5 mol L - haben, (i) Pyridin (pk b =+8.72), (ii) Ameisensäure (Methansäure) (pk s =+3.74) und (iii) Ethylamin CH 3 CH 2 NH 2 (pk b =3.9). 26. Berechnen Sie den ph-wert einer Lösung mit einer Konzentration von mol L - der folgenden Stoffe, (i) Ammoniak NH 3 (pk b =+4.75), (ii) Perchlorsäure HClO 4 (pk s =-0) und (iii) Hypochlorige Säure HClO (pk s =+7.52). 27. Welche Ionen/Moleküle treten in einer wässrigen Lösung von Ammoniumnitrat NH 4 NO 3 auf? Berechnen Sie den ph-wert einer Lösung mit einer Konzentration von 0.0 mol L - +. Der pk s -Wert des NH 4 wird 9.25 gegeben. 4

5 28. Berechnen Sie den ph-wert einer wässrigen Lösung von Natriumacetat CH 3 COONa mit einer Konzentration von 0. mol L -. Der pk b -Wert des CH 3 COO - wird 9.25 gegeben. 29. Welche Ionen und Moleküle treten in einer wässrigen Lösung von Trimethylamin N(CH 3 ) 3 auf? Berechnen Sie die Konzentration alle Ionen, die sich in einer Lösung mit einer Konzentration von mol L - befinden? Berechnen Sie den ph-wert der Lösung. Der pk b -Wert des N(CH 3 ) 3 wird 4.9 gegeben. 30. Welche Lösung kann als Pufferlösung benutzt werden? Berechnen Sie den ph-wert der Lösung. (i) 0.25 mol L - NH 4 Cl (0.00 L) mol L - NaOH (0.50 L), (ii) 0.25 mol L - NH 4 Cl (0.00 L) mol L - NaOH (0.050 L), (iii) 0.25 mol L - NH 4 Cl (0.00 L) mol L - HCl (0.050 L) und (iv) 0.25 mol L - NH 3 (0.00 L) mol L - HCl (0.050 L). 3. Was versteht man unter Oxidation und Reduktion? 32. Ermitteln Sie die Oxidationszahlen der Atome der folgenden Verbindungen, (i) Eisenhydroxid Fe(OH) 3, (ii) Stickstofftrifluorid NF 3, (iii) Methanol CH 3 OH, (iv) Kaliumcarbonat K 2 CO 3, (v) Ammoniumnitrat NH 4 NO 3, (vi) Titanchlorid TiCl 4, (vii) Bleisulfat PbSO 4 und (viii) Phosphor P Ermitteln Sie die Oxidationszahl des Chlors der folgenden Verbindungen, (i) Chlorpentafluorid ClF 5, (ii) Magnesiumchlorid MgCl 2, (iii) Natriumperchlorat NaClO 4, (iv) Chlormolekül Cl 2, (v) Kaliumchlorit KClO 2 und (vi) Natriumhypochlorit NaClO. 34. Formulieren Sie die Halbreaktionen sowie die Gesamtreaktionen der folgenden Redoxsysteme, (i) Natrium reagiert mit einer Säure zu Wasserstoff, (ii) Gold wird in einer Mischung von Salzsäure HCl und Salpetersäure HNO 3 im Komplex [AuCl 4 ] - umgesetzt (auch Stickstoffmonoxid NO wird gebildet), (iii) In einer wässrigen Lösung von einer Säure reagiert Kaliumpermanganat KMnO 4 mit Kaliumoxalat K 2 C 2 O 4 zu Kohlenstoffdioxid CO 2 und Mn Eine Titration von Natronlauge (NaOH) unbekannter Konzentration mit Salzsäure (HCl) bekannter Konzentration wird ausgeführt. Zu 25 ml NaOH-Lösung wird tropfenweise Salzsäure mit einer Konzentration von 0. mol L - gegeben. Am Äquivalenzpunkt wird ein Verbrauch von 98 ml an Säure registriert. (i) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung; (ii) Berechnen Sie die Konzentration der Natronlaugelösung; (iii) Ermitteln Sie die Masse an NaOH in der Analysenlösung (25 ml) in mg. 5

6 36. Es wird eine Titration einer wässrigen Lösung von Calciumhydroxid Ca(OH) 2 mit einer Lösung von Schwefelsäure H 2 SO 4 bekannter Konzentration ausgeführt. Bei der Titration von 50 ml der Ca(OH) 2 -Lösung werden 35 ml Schwefelsäurelösung mit einer Konzentration von 0.4 mol L - verbraucht. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und berechnen Sie die Masse in mg des gelösten Calciumhydroxids in der Analysenlösung und dessen Konzentration. 37. Formulieren Sie für die folgenden Reaktionen die Teilgleichungen für Oxidation und Reduktion und entwickeln Sie die stöchiometrisch korrekte Gesamtgleichung: (i) Aluminium reagiert mit Chlor zu Aluminium(III)chlorid; (ii) Kaliumpermanganat reagiert mit konzentrierter Salzsäure, dabei entstehen elementares Chlor, Mangan(II)chlorid, und Kaliumchlorid; (iii) Kaliumdichromat reagiert in saurer Lösung mit Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ) unter Sauerstoffentwicklung, dabei werden die Dichromationen in Cr(III) reduziert. 38. Ergänzen Sie die folgende Reaktionen und charakterisieren Sie (wo möglich) die Redoxprozesse: Cl 2 + KBr (wässrige Lösung).. () CaCO 3 + HCl. (2) 39. Geben Sie die Oxidationszahlen aller Elemente in folgenden Verbindungen an. (Oxidationszahlen bitte über die betreffenden Elemente in der Formel schreiben): HClO 4 (Perchlorsäure), Na 2 O 2 (Natriumperoxid), Na 2 S (Natriumsulfid) und CH 4 (Methan). 40. Ergänzen Sie die folgende Gleichung mit den Stöchiometriefaktoren. Geben Sie auch die Teilreaktionen für die Oxidation und Reduktion an, aus der die Gesamtgleichung hervorgeht. MnO Fe 2+ + H + Mn 2+ + Fe 3+ + H 2 O 6

7 Literatur [] K.-H. Lautenschläger: Wir wiederholen Chemie. Chemische Bindung, 4. Band, Fachbuchverlag Leipzig,. Auflage, 99. [2] J. Olmsted, G.M. Williams: Chemistry. The Molecular science. Wm.C. Brown Publishers, 2nd Edition, 997. [4] E. Riedel: Allgemeine und Anorganische Chemie. Walter de Gruyter, 9. Auflage, [5] E. Wawra, G. Pischek, E. Müllner, Chemie berechnen, Facultas Verlags und Buchhandels AG, Wien, 3. Auflage,