CHEMIE Arbeitsbogen 1-3 TELEKOLLEG MULTIMEDIAL

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1 CHEMIE Arbeitsbogen 1-3 TELEKOLLEG MULTIMEDIAL Autor: H. Wernet 2005 by TR-Verlagsunion GmbH, München... Name Straße Ort Kolleggruppe Wir bitten die Kollegiaten, zur Beantwortung der Fragen gesonderte Blätter zu verwenden und vor jeder Antwort die Aufgaben-Nummer bzw. die Teilnummer anzugeben. 1. Wie unterscheidet sich das Atommodell von BOHR vom Orbitalmodell? Stellen Sie dazu kurze Modellbeschreibungen gegenüber. 2. Nach der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl warnten die Medien oft mit der Angabe von Strahlungswerten über Iod-131 und Strontium-90. a) Welche Bedeutung haben die Symbole I-131 bzw. Sr-90? b) Definieren Sie anhand dieser Beispiele die Begriffe Element und Isotop. 3. a) Wie groß ist die Masse atomare Masseneinheit (u) eines Atoms, dessen Kern aus 54 Protonen und 80 Neutronen aufgebaut ist? Wie heißt dieses Element? Notieren Sie auch sein Elementsymbol mit Ordnungs- und Massenzahl. b) In Tabellen findet man für die Masse dieses Elements einen nicht ganzzahligen Wert. Erklären Sie diesen Sachverhalt. c) Wieviele Elektronen befinden sich in der Hülle der unter a) und b) beschriebenen Elementatome? Besetzen Sie im folgenden Energieniveau-Schema (Kästchenschreibweise) die einzelnen Orbitale mit Elektronen, und berücksichtigen Sie dabei auch den Elektronenspin. Notieren Sie zusätzlich die zugehörige Elektronenkonfiguration. Seite 1

2 6s E 5p 4d 5s 4p 3d 4s 3p 3s 2p 2s 1s d) Stellen Sie das Element zeichnerisch zweidimensional nach dem Orbitalmodell dar. (Hinweis: Nur Orbitale der Außenelektronen sind zu zeichen.) e) Geben Sie zwei Eigenschaften dieses Elements an. Nennen Sie begründend zwei weitere Elemente mit ähnlichen Eigenschaften. 4. a) Nach welchen Prinzipien sind die Elemente im Periodensystem eingeordnet? Gehen Sie bei Ihren Überlegungen vom Bau der Atome und von den stofflichen Eigenschaften der Elemente aus sagen Sie auch kurz etwas zu den Sonderstellungen der Elemente aus Periode 1 und der Nebengruppenelemente. b) Was besagt die Elektronegativität? Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem EN-Wert eines Elements und seiner Stellung im PSE? Seite 2

3 5. Magnesium (Mg) behält an der Luft seinen Metallglanz; Calcium (Ca) dagegen läuft rasch an, d.h., es verbindet sich mit Bestandteilen der Luft. Wie würden Sie aufgrund seiner Reaktivität elementares Barium (Ba) aufbewahren? Begründung. 6. Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Bindungsenergie und dem Abstand zweier Nichtmetallatome? Stellen Sie diese Relation für zwei Fluoratome graphisch dar, und kennzeichnen Sie in ihrer Skizze auch den Bindungsabstand im Fluormolekül. 7. Weshalb kann Diamant als Schleif- bzw. Poliermittel, Graphit jedoch als Schmiermittel verwendet werden, obwohl beide aus reinem Kohlenstoff bestehen? Erklären Sie die unterschiedlichen Eigenschaften dieser Stoffe mit dem jeweiligen Gitteraufbau der Atome. 8. Welche Elemente der 2. Periode bilden zweiatomige Moleküle? Beschreiben Sie die Elektronenverteilung in einem solchen Elementatom Ihrer Wahl mithilfe der Kästchenschreibweise, und skizzieren Sie den Vorgang der Molekülbildung durch die zeichnerische Darstellung der Orbitale. Weshalb bildet nur das Chlor von den Elementen der 3. Periode ein zweiatomiges Molekül? Seite 3

4 CHEMIE Arbeitsbogen 4-7 TELEKOLLEG MULTIMEDIAL Autoren: H. Wernet, C. Lossow 2005 by TR-Verlagsunion GmbH, München... Name Straße Ort Kolleggruppe Wir bitten die Kollegiaten, zur Beantwortung der Fragen gesonderte Blätter zu verwenden und vor jeder Antwort die Aufgaben-Nummer bzw. die Teilnummer anzugeben. 1. Wie entstehen VAN-DER-WAALS-Kräfte (s. Lektion 3), wie entstehen Dipol-Dipol- Kräfte zwischen den Molekülen? Von welchen Größen hängen diese Kräfte jeweils ab? Welchen Einfluss nehmen derartige Kraftwirkungen auf die Stoffeigenschaften? Ergänzen Sie Ihre Antworten mit je einem Beispiel. 2. In welcher Weise muss das Orbitalmodell für das Stickstoffatom erweitert werden, damit die experimentell ermittelte räumliche Struktur des Ammoniaks erklärt werden kann? Stellen Sie die verschiedenen Energiezustände der Stickstoffelektronen in der Kästchenschreibweise dar (Grundzustand, hybridisierter Zustand), und zeichen Sie die Überlappung der Orbitale zu einem möglichst winkeltreuen Molekülmodell. 3. Lithium reagiert nach geringem Erwärmen mit elementarem Stickstoff zu einem festen, weißen Stoff. a) Welche Bindungsart liegt im Reaktionsprodukt vor? Benutzen Sie für Ihre Antwort die Daten aus der EN-Tabelle. b) Geben Sie die Formel und den Namen des Produkts an. c) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung. 4. a) Begründen Sie, weshalb Salze prinzipiell wasserlöslich sind. b) Warum findet man bei Salzen im Unterschied zu den Metallen eine Vielzahl verschiedener Kristallgitter? c) Warum leiten die festen Salze den elektrischen Strom nicht, obwohl ihre Gitter aus geladenen Teilchen, den Ionen, aufgebaut sind? Seite 4

5 5. a) Weshalb laufen manche stark exotherme Reaktionen, wie z.b. die Synthese des Wassers aus den Elementen, bei Raumtemperatur unmessbar langsam ab? b) Wie wirkt sich eine einmalige Energiezufuhr auf die Geschwindigkeit der Wasserbildung aus? Erläutern Sie Ihre Antwort auch mithilfe eines geeigneten Diagramms. 6. Jeder der folgenden Reaktionsansätze besteht aus 25 ml Salzsäure und 1,25 g Eisen. 6.1 Eisenblech und kalte Salzsäure (C Säure = 0,45 mol/l) 6.2 Eisenwolle und warme Salzsäure (C Säure = 0,90 mol/l) 6.3 Eisenblech und kalte Salzsäure (C Säure = 0,90 mol/l) 6.4 Eisenwolle und kalte Salzsäure (C Säure = 0,90 mol/l) a) Formulieren Sie für diese Umsetzung die Reaktionsgleichung. (Hinweis: Reaktionen analog zu der im Begleitmaterial S. 82f. beschriebenen Umsetzung von Zink mit Salzsäure) b) Ordnen Sie die Reaktionsansätze 6.1 bis 6.4 nach steigender Reaktionsgeschwindigkeit. Begründen Sie die von Ihnen gewählte Reihenfolge im Einzelnen stichwortartig. 7. Geben Sie aus Lektion 7 eine Reaktion an, deren Gleichgewicht fast völlig auf eine Seite hin verschoben ist. Schreiben Sie die entsprechende Reaktionsgleichung, und kennzeichnen Sie die Lage der Gleichgewichts mit einem Reaktionspfeil. Nennen Sie sofern erforderlich zusätzlich die äußeren Bedingungen für die entsprechende Gleichgewichtslage. 8. a) Erläutern Sie auch mithilfe eines Geschwindigkeits-Zeit-Diagramms die Vorgänge bei der Einstellung des chemischen Gleichgewichts A 2 + B 2 2 AB. b) Weshalb ist das Konzentrations-Zeit-Diagramm dieser Reaktion weniger geeignet, um die Besonderheit (welche?) eines chemischen Gleichgewichts zu beschreiben? Seite 5

6 CHEMIE Arbeitsbogen 8-10 TELEKOLLEG MULTIMEDIAL Autorin: C. Lossow 2005 by TR-Verlagsunion GmbH, München... Name Straße Ort Kolleggruppe Wir bitten die Kollegiaten, zur Beantwortung der Fragen gesonderte Blätter zu verwenden und vor jeder Antwort die Aufgaben-Nummer bzw. die Teilnummer anzugeben. 1. a) Schreiben Sie die Reaktionsgleichung (mit Energieumsatz) und das Massenwirkungsgesetz (s.a. Lektion 7) für die Umsetzung von Schwefeldioxidgas zu (ab 45 ) gasförmigem Schwefeltrioxid. b) Erklären Sie mithilfe des Prinzips von LE CHATELIER, wie sich eine Druckerniedrigung auf dieses Gleichgewicht auswirkt. c) Beschreiben und begründen Sie, auch mithilfe geeigneter Energiediagramme, welchen Einfluss ein Katalysator auf die Reaktionsgeschwindigkeit hat. 2. Die folgenden chemischen Systeme 2.1 bis 2.5 befinden sich im dynamischen Gleichgewicht: 2.1 Aus Sauerstoff entsteht in endothermer Reaktion Ozon O 3. (Druckerhöhung) 2.2 Ethansäure und Ethanol bilden Ethansäureethylester und (Zusatz von wenigen Tropfen konzentrierter Schwefelsäure) (Hinweis: s. Lektion 7, S. 94) 2.3 Farbloses Distickstofftetroxidgas bildet in endothermer Reaktion braunes Stickstoffdioxid. (Temperaturerhöhung) 2.4 Ethansäure reagiert mit Wasser unter Bildung von (Zusatz von H 3 O + -Ionen z.b. einer Salzsäurelösung) 2.5 Wasserstoff reagiert mit Chlor unter Bildung von Chlorwasserstoff. (Druckerniedrigung) a) Formulieren Sie für diese Gleichgewichte die Reaktionsschemata. b) Wie wirken sich die in Klammern angegebenen Veränderungen der Bedingungen auf die Lage der einzelnen Gleichgewichte aus? Geben Sie auch jeweils eine genaue Begründung an. Seite 6

7 3. Auch in reinem, flüssigem Ammoniak findet wenn auch in äußerst geringem Ausmaß eine Autoprotolyse statt. Formulieren Sie die Gleichung für diese Gleichgewichtsreaktion, und charakterisieren Sie die Reaktionsteilnehmer mithilfe der BRÖNSTEDSCHEN Definition. 4. Hydrazin ( N 2 H 4 ) reagiert in Wasser als Base ( pk B bei 25 C : 6,07 ) a) Formulieren Sie die Gleichung für die Protolyse mit Wasser, und kennzeichnen Sie die beiden korrespondierenden Säure-Base-Paare. b) Auf welcher Seite liegt dieses Protolysengleichgewicht? Begründen Sie Ihre Antwort. c) Wie groß ist die Hydroxidionenkonzentration einer 0,125molaren wässrigen Lösung von Hydrazin? d) Berechnen Sie den ph-wert dieser Lösung. e) Wie verändern sich ph-wert und Protolysengrad beim Verdünnen dieser Lösung? ml einer Bariumhydroxidlösung unbekannter Konzentration werden mit 45,7 ml Salzsäure der Stoffmengenkonzentration c(hci) = 0,240 mol/l neutralisiert. a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung. b) Berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration der Lauge. c) Begründen Sie mithilfe einer geeigneten Gleichung, welche Protolyse bei dieser Neutralisation abläuft. d) Wie groß ist der ph-wert der Lauge bzw. der Säurelösung vor der Neutralisation? e) Zeichnen Sie unter Einbeziehung der von Ihnen berechneten Werte die Neutralisationskurve. f) Auf welcher Seite liegt das Protolysengleichgewicht dieser Reaktion? Begründung. 6. Geben Sie die Formeln der folgenden Salze an: a) Magnesiumnitrat b) Aluminiumsulfat c) Kaliumphosphat d) Lithiumsulfat e) Galliumcarbonat Seite 7

8 CHEMIE Arbeitsbogen TELEKOLLEG MULTIMEDIAL Autoren: C. Lossow, H. Wernet 2005 by TR-Verlagsunion GmbH, München... Name Straße Ort Kolleggruppe Wir bitten die Kollegiaten, zur Beantwortung der Fragen gesonderte Blätter zu verwenden und vor jeder Antwort die Aufgaben-Nummer bzw. die Teilnummer anzugeben. 1. a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die folgenden Umsetzungen : 1.1 Bildung von schwerlöslichem Calciumcarbonat durch Zusatz von Kalkwasser (einer Lösung von Calciumhydroxid) zu wässriger Kohlensäure. 1.2 Bildung von Ammoniak aus den Elementen. 1.3 Thermitverfahren zur Darstellung von Silicium aus Siliciumdioxid. 1.4 Reaktion von Schwefeltrioxid mit Wasser. (Hinweis: s. Lektion 8) b) Bei welchen dieser Reaktionen handelt es sich um Redoxreaktionen? Begründen Sie jeweils Ihre Entscheidung. c) Kennzeichnen Sie bei den Redoxreaktionen die korrespondierenden Redoxpaare. 2. Welche Reaktion ist jeweils zu erwarten a) beim Einleiten von Chlor in eine wässrige Lösung von Natriumfluorid bzw. b) beim Einleiten von Chlor in eine wässrige Natriumbromidlösung? Begründen Sie Ihre Antworten und formulieren Sie (ggf.) die Reaktionsgleichung(en). 3. Aus den Halbzellen Sn/Sn 2+ und Ag/Ag + soll eine elektrochemische Zelle zusammengestellt werden a) Zeichnen Sie eine Skizze der Versuchsapparatur, und beschriften Sie diese. Geben Sie an, in welche Richtung bei Stromentnahme die Elektronen fließen. Seite 8

9 3. b) Formulieren Sie die Elektrodenreaktionen mit Gleichungen, und bezeichnen Sie die Elektrode, an der eine Oxidation erfolgt. c) Welche Spannung ist bei 25 C zwischen den Halbzellen zu messen, wenn die Salzlösung jeweils 1 mol/l des Elektrolyten enthalten? d) Was wird sich ändern, wenn man die Zinnhalbzelle gegen eine Goldhalbzelle austauscht? e) Beschreiben Sie in Stichworten die Wirkungsweise eines Stromschlüssels. 4. Beim voll aufgeladenen Bleiakkumulator besteht eine Elektrode aus Blei, die andere aus Bleidioxid; im entladenen Zustand sind beide Elektroden mit weißem, schwerlöslichem Blei(II)-sulfat überzogen. Als Elektrolyt dient eine 20%ige Schwefelsäure. a) Stellen Sie die Gleichungen des Lade- bzw. Entladevorgangs mit Oxidationszahlen auf. b) Wie hoch muss die zum Laden des Akkumulators verwendete Mindestspannung sein? (Benützen Sie zur Berechnung nur die Werte der Spannungsreihe, und vernachlässigen Sie den Widerstand der Zelle.) c) Beim Laden (das in der Praxis mit etwas höherer Spannung als der Mindestspannung durchgeführt wird) beobachtet man nach einiger Zeit eine Gasentwicklung an den Elektroden. Wie kommt sie zustande? 5. a) Beschreiben Sie mithilfe von Gleichungen die Vorgänge bei der Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumoxid. b) Warum muss anstelle der Elektrolyse einer wässrigen Lösung des Aluminiumsalzes dieses so energieaufwändige Verfahren durchgeführt werden? 6. In der Betriebsanleitung für einen Schiffsmotor ist zu lesen: Das Motorbein aus Aluminium ist durch eine Opferanode aus Magnesium gegen Korrosion geschützt. a) Erklären Sie, was man unter Korrosion versteht. b) Worauf beruht die Wirkung einer solchen Opferanode? c) Bei Stahlschiffen werden als Schutzmaßnahme gegen Korrosion so genannte Zinkmäuse (Opferanoden aus Zink) am Rumpf außen leitend angebracht. Wäre dies auch bei dem Aluminiumbein des oben genannten Motors sinnvoll? Begründung. Seite 9