Grundlagen der Chemie für Nichtchemiker AUFGABENSAMMLUNG

Transkript

1 AUFGABENSAMMLUNG 1. Chemische Grundlagen: Masse -Berechnungen 1-1. Berechnen Sie die molaren Massen folgender Stoffe: a)caco 3 ; b)caso 4 2H 2 O; c)agcl; d)al 2 O 3 ; e)phenol C 6 H 5 OH; f)magnesiumammoniumphosphat- 6- hydrat Mg(NH 4 )PO 4 6H 2 O; g)kaliumaluminiumsulfat- 12-hydrat KAl(SO 4 ) 2 12H 2 O Berechnen Sie die Stoffmengen folgender Stoffportionen: a)1,118 mg Ag; b)35 kg Al; c)80,55 g Ni; d)90 mg C; e)16,5 kg I 2 ; f)65 g H 2 ; 1-3. Berechnen Sie die Massen folgender Stoffportionen: a)3,5 mol Co; b)0,2mmol U; c)0,005 mol Pt; d)6,53 mol Zn; e)0,0008mmol Ra 1-4. Berechnen Sie die Stoffmengen folgender Stoffportionen: a)12,5 g Na 2 SO 4 ; b)216 mg Mg 2 P 2 O 7 ; c)1 kg H 2 O; d)0,6 kg Benzol C 6 H 6 ; e)24 g (NH 4 ) 2 SO 4 ; f)2,7 kg Anilin C 6 H 5 NH Berechnen Sie die Masse folgender Stoffportionen: a)2,3 mol K 2 CrO 4 ; b)156 mol Ca 3 (PO 4 ) 2 ; c)5,1 mol Ethen C 2 H 4 ; d)1,4 mol Glycerin C 3 H 5 (OH) 3 ; e)140 mmol Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O; f)55 mmol CHCl Wie viel Moleküle enthält 0,1 mol H 2 SO 4? Chemische Grundlagen: Chemische Gleichungen 1-7. Formulieren Sie vollständige Reaktionsgleichungen: Ausgangsstoffe Endstoffe a) CaCO 3, Salzsäure CaCl 2, H 2 O, Kohlendioxid b) NaHCO 3 Wärme Na 2 CO 3, Wasser, CO 2 c) NaCl- Lösung Elektrolyse Natronlauge, H 2, Cl 2 d) Cr 2 O 3, Aluminium Al 2 O 3, Cr e) Pb(NO 3 ) 2 Blei(II)- oxid, NO 2, molekularer Sauerstoff 1-8. Bilden Sie aus den Teilgleichungen Summengleichungen (Bruttogleichungen): a)c + O 2 CO 2 b)2h 2 S + 3O 2 2SO 2 + 2H 2 O C + CO 2 2CO 4H 2 S + 2SO 2 6S + 4H 2 O c)2so 2 + O 2 2SO 3 d)no + ½O 2 NO 2 SO 3 + H 2 SO 4 H 2 S 2 O 7 SO 2 + NO 2 SO 3 + NO H 2 S 2 O 7 + H 2 O 2H 2 SO 4 Chemische Grundlagen: Umsatzberechnungen 1-9. a)wie viel g Eisen und wie viel g Schwefel werden zur Herstellung von 150 g FeS gebraucht? b)wie viel g FeS entstehen aus 20 g Fe bei 80%-iger Ausbeute? Wie viel g Kohlendioxid und wie viel g Wasser entstehen beim vollständigen Verbrennen von a) 10 g Propan (C 3 H 8 ) und b)12 g Benzen (C 6 H 6 )? Beim vorsichtigen Erhitzen von Ammoniumnitrit NH 4 NO 2 entstehen Stickstoff und Wasser. Wie viel Gramm NH 4 NO 2 müssen zur Gewinnung von 35 g N 2 zersetzt werden? 67

2 1-12. Eine Einwaage von 638 mg BaCl 2 2H 2 O wurde in Wasser gelöst. Welche Masse an schwer löslichem BaSO 4 entsteht stöchiometrisch bei Zusatz von verdünnter H 2 SO 4? Ein Gemisch aus Aluminiumgrieß und gepulvertem Eisen (II, III)-oxid Fe 3 O 4 im stöchiometrischen Verhältnis dient als Thermit zum Schweißen. Nach dem Zünden entstehen flüssiges Eisen und Aluminiumoxid- Schlacke Al 2 O 3. Welche Masse an Eisen liefert 1 kg Thermit? 2. Zustandsgleichung der Gase 2-1. Rechnen Sie die gegebenen Temperaturen in C bzw. K um: a)27 C, b)293 K, c)1160 K, d)-191 C, e)17,3 K, f)-79,84 C l Sauerstoff werden ohne Druckänderung von 20 C auf 35 C erwärmt. Welches Volumen hat dann das Gas? 2-3. Berechnen Sie den jeweils fehlenden Wert: Volumen V 1 Temperatur T 1 Volumen V 2 Temperatur T 2 a)265 l b)36 cm 3 c)0,621 m 3 d)43 ml e)0,27 l f)0,75 m 3 17 C 17 C 21 C 21 C l 43,12 ml 310 ml 820 l 116 C 116 C 20 C 20 C 2-4. Berechnen Sie den jeweils fehlenden Wert: Druck p 1 Temperatur T 1 Druck p 2 Temperatur T 2 a)971,3 mbar b)1018,7 mbar c)13,2 bar d)210 bar e) f) e)1013,3 hpa f)27,3 bar 2-5. a)1,27 bar b)948 mbar c)16,3 mbar d)10,7 bar e) f) e)1035 hpa f)0,97 bar 19 C 19 C 24 C 24 C 264 C 264 C 13,28 bar 221 bar 216 mbar 7,66 bar 987,2 hpa 31,4 bar 94 C 94 C 86 C 86 C 18 C 18 C Druck p 1 Volumen 1 Druck p 2 Volumen 2 16 l 13,5 l 84 m 3 90 m ml 2037 m 3 1,59 l 163 cm 3 0,21 bar 0,67 bar 938 mbar 9 bar 1010 hpa 951 mbar 2,63 l 84 cm ml 54 ml 2-6. Welches Volumen nimmt ein gasgefüllter Ballon von 2,5 l Inhalt ein, wenn bei konstanter Temperatur von 18 C der Druck von 0,98 bar auf 0,81 bar verringert wird?

3 2-7. Welches Volumen nehmen 64 g Sauerstoff bei 0 C und 1,013 bar ein? 2-8. Der Ballon aus 2-6. wird um 35 C abgekühlt; der Druck bleibt bei 0,98 bar. Welches Volumen hat der Ballon danach? 2-9.Ein Gas besitzt bei 80 C und 0,9 bar ein Volumen von 400 l. Welches Volumen nimmt das Gas bei Standardbedingungen ein? ,478 g eines Gases nehmen bei 30 C und 1 bar ein Volumen von 4,92 l ein. Wie groß ist die molare Masse und um welches Gas könnte es sich dabei handeln? In einem Versuch soll die molare Masse von Chloroform CHCl 3 ermittelt werden. Folgende Werte wurden dazu bestimmt: Einwaage m = 0,1243 g Volumen der verdrängten Luft im Messrohr V = 26,9 ml Druck der verdrängten Luft im Messrohr p = 0,9417 bar Raumtemperatur T = 20 C allgemeine Gaskonstante R = 0,08314 bar l mol -1 K g Sauerstoff befinden sich bei 50 C in einem Metalldruckgefäß von 50 l Inhalt. Wie groß ist der Druck? Wie viel He- Atome befinden sich in einem Ballon, der auf ein Volumen von 4,52 l bei 1,63 bar und 45 C gefüllt wird? 3. Chemisches Gleichgewicht 3-1. Für die Umsetzung von Essigsäure CH 3 COOH mit Ethanol C 2 H 5 OH zu Essigsäureethylester CH 3 COOC 2 H 5 und Wasser hat die Gleichgewichtskonstante bei 25 C den Wert 4. a) Berechnen Sie die Gleichgewichtskonzentrationen aller beteiligten Stoffe, wenn die Ausgangsstoffe im stöchiometrischen Verhältnis eingesetzt werden. b) Berechnen Sie die Gleichgewichtskonzentration des Esters, wenn die Ausgangskonzentration der Essigsäure verdoppelt wird. c) Wie groß ist die Gleichgewichtskonzentration an Ester, wenn dem Gleichgewicht Wasser entzogen wird und dessen Konzentration nur noch 0,08 mol beträgt? Die Ausgangsstoffe werden im stöchiometrischen Verhältnis eingesetzt Wie verschiebt sich das Gleichgewicht bei der Reaktion 3-1, wenn Ethanol im 10- fachen Überschuss eingesetzt wird? 3-3. Welche Gleichgewichtskonzentration an Ester wird erzielt, wenn auf 1mol Ethanol 2mol Essigsäure eingesetzt werden und zusätzlich das Wasser bis auf 0,08 mol entfernt wird? 4. Thermodynamik 4-1. Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie bei folgender Reaktion: Fe 2 O 3 + 2Al Al 2 O 3 + 2Fe H B (Fe 2 O 3 ) = -832 kj/mol H B (Al 2 O 3 ) = kj/mol Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie der Diamantbildung aus Graphit bei folgenden Vorgaben: C (Graphit) + O 2 CO 2 H R = -393,77 kj C (Diamant) + O 2 CO 2 H R = -395,33 kj 69

4 4-3. Die Bestimmung der Reaktionsenthalpie auf direktem Weg ist für die Bildung von CO aus C und O 2 nicht möglich. Berechnen Sie diesen Wert über den HESS schen Satz an Hand folgender Teilreaktionen: C + O 2 CO 2 H R = -393,77 kj CO 2 CO + ½O 2 H R = +283,17 kj 4-4. Berechnen Sie die Enthalpieänderung für die Reaktion N 2 + O 2 2 NO mit Hilfe von N 2 + 2O 2 2 NO 2 ; H R = 67,6 kj und 2NO + O 2 2NO 2 ; H R = -113,2 kj. 5. Säure- Base- Gleichgewichte, ph- Berechnungen 5-1. Berechnen Sie die ph- Werte folgender starker Säuren: a) c HCl 0,1mol / l;b)c HNO 0,01mol / l;c)c 0,05mol / l;d)c 0,003mol / l 3 H2SO 4 HClO Berechnen Sie die ph- Werte folgender starker Laugen: 2 a) c 0,01mol / l;b)c 2 10 mol / l NaOH KOH 5-3. Berechnen Sie die ph- Werte folgender Lösungen: 3 a)c 10 mol / l(pk 4,75 Essigsäure S 6. Redox- Gleichgewichte 6-1. Stellen Sie die Redox- Gleichungen auf (Angabe von Teilgleichungen): a)cu + HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + NO + H 2 O b)cu + H 2 SO 4 CuSO 4 + SO 2 + H 2 O c)fe 2+ + NO H + Fe 3+ + NO + H 2 O d)fe(oh) 2 + NaNO 3 + H 2 O Fe(OH) 3 + NH 3 + NaOH e)hcl + K 2 Cr 2 O 7 CrCl 3 + Cl 2 + H 2 O + KCl 6-2. Berechnen Sie das Potential einer Cu- Elektrode in einer CuSO 4 - Lösung mit c 2 0,01mol / l bei 25 C. (E 0 = 0,345 V) Cu 6-3. Eine Zinkelektrode in einer 0,015 mol/l Zn 2+ - Lösung wird mit einer Silberelektrode in einer 0,15 mol/l Ag + - Lösung zu einem galvanischen Element geschaltet. berechne die Potentialdifferenz zwischen beiden Elektroden.(E 0 (Zn/Zn 2+ )= -0,763V; E 0 (Ag/Ag 1+ )= 0,799V 6-4. Von zwei Eisenelektroden stellt man eine in eine 0,01 mol/l FeSO 4 - Lösung, die andere in eine 0,1 mol/l Fe 2 (SO 4 ) 3 - Lösung. Wie groß ist die EMK, wenn beide zu einem galvanischen Element verbunden werden? (E 0 (Fe/Fe 2+ ) = -0,4 V; E 0 (Fe/Fe 3+ ) = -0,045 V) 70

5 LÖSUNGEN ZUR AUFGABENSAMMLUNG 1. Chemische Grundlagen: Masse -Berechnungen 1-1. a)100,087 g/mol b)172,179 g/mol c)143,321 g/mol d)101,961 g/mol e)94,113 g/mol f)245,406 g/mol g)474,390 g/mol 1-2. a)0, mmol b)1297,185 mol c)1,372 mol d)7,493 mmol e)65,010mol f)32,242 mol 1-3. a)206,266 g b)47,606 mg c)975,4 mg d)426,997 g e)0,18082 mg 1-4. a)0,088 mol b)0,9705 mmol c)55,508 mol d)7,6811 mol e)0,1816mol f)28,992 mol 1-5. a)446,638 g b)48,388 kg c)143,075 g d)128,933 g e)93,297 g f)6,566 g , Teilchen Chemische Grundlagen: Chemische Gleichungen 1-7. a)caco 3 + 2HCl CaCl 2 + H 2 O + CO 2 b)2nahco 3 Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 c)2nacl + 2H 2 O 2NaOH + H 2 + Cl 2 d)cr 2 O 3 + 2Al Al 2 O 3 + 2Cr e)2pb(no 3 ) 2 2PbO + 4NO 2 + O a)2c + O 2 2CO b)2h 2 S + O 2 2S + 2H 2 O c) 2SO 2 +O 2 + H 2 O SO 3 + H 2 SO 4 d) SO 2 + ½O 2 SO 3 Chemische Grundlagen: Umsatzberechnungen 1-9. berechnete molare Massen: 55,847 g/mol 32,06 g/mol 87,91 g/mol Fe + S FeS eingesetzte/entstehende Massen: x y 150 g 55,847g / mol x 55,847g / mol 150g a) x 87,91g / mol 150g 87,91g / mol x = 95,3 g Fe 32,06g / mol y 32,06g / mol 150g y 87,91g / mol 150g 87,91g / mol y = 54,7 g S oder y = 150 g 95,3 g y = 54,7 g b) berechnete molare Massen: 55,847 g/mol 32,06 g/mol 87,91 g/mol Fe + S FeS eingesetzte/entstehende Massen: 20 g z 55,847g / mol 20g 87,91g / mol 20g z 87,91g / mol z 55,847g / mol z = 31,48 g FeS 100%Ausbeute 80%Ausbeute 31,48g 80% a 31,48g a 100% a = 25,18 g FeS 71

6 1-10. a)c 3 H 8 + 5O 2 3CO 2 + 4H 2 O 29,9 g CO 2, 16,3 g H 2 O b)2c 6 H O 2 12CO 2 + 6H 2 O 40,6 g CO 2, 8,3 g H 2 O NH 4 NO 2 N 2 + 2H 2 O 80 g NH 4 NO BaCl 2 2H 2 O + H 2 SO 4 BaSO 4 + 2HCl + 2H 2 O 610 mg BaSO Fe 3 O 4 + 8Al 9Fe + 4Al 2 O 3 551,7g Fe 2. Zustandsgleichung der Gase 2-1. a)300 K b)20 C c)887 C d)82 K e)-255,7 C f)193,16 K ,6 l 2-3. a) b) c) d) e) f) Volumen V 1 Temperatur T 1 Volumen V 2 Temperatur T 2 355,5 l 48,3 cm 3 24 C 22 C -18 C - 5 C 2-4. Druck p 1 Temperatur T 1 Druck p 2 Temperatur T ,8 mbar 1280,4 mbar a) b) c) d) e) 323 mbar f) 11,5 mbar g) h) 2-5. a) b) c) d) e)1551,5 mbar f)4,6 bar e) f) ,02 l 26 C -20 C 699 ml 52,9 ml C 39,6 C Druck p 1 Volumen 1 Druck p 2 Volumen 2 1,51 bar 884,8 mbar 32 ml m 3

7 ,8 l ,2 l ,8 l g/mol Stickstoff N 2, Kohlenmonoxid CO M = 119,47 g/mol ,81 bar , Teilchen 3. Chemisches Gleichgewicht 3-1. a)c Ester = 0,667 mol, c Wasser = 0,667 mol, c Ethanol = 0,333 mol, c Essigsäure = 0,333 mol b)c Ester = 0,85 mol c)c Ester = 0,87 mol 3-2. c Ester = 0,973 mol 3-3. c Ester = 0,981 mol 4. Thermodynamik kj/mol 4-2. C (Graphit) + O 2 CO 2 H R = -393,77 kj CO 2 C (Diamant) + O 2 H R = 395,33 kj C (Graphit) C (Diamant) H R = 1,56 kj 4-3. H = -110,6 kj 4-4. N 2 + 2O 2 2 NO 2 H R = 67,6 kj 2NO 2 2NO + O 2 H R = 113,2 kj N 2 + O 2 2 NO H R = 1 80,8 kj 5. Säure- Base- Gleichgewichte 5-1. a) 1 b) 2 c) 1 d) 2, a) 12 b) 12, a) 3, Redox- Gleichgewichte 6-1. a)3cu + 8HNO 3 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O b)cu + 2H 2 SO 4 CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O 73

8 c)3fe 2+ + NO H + 3Fe 3+ + NO + 2H 2 O d)8fe(oh) 2 + NaNO 3 + 6H 2 O 8Fe(OH) 3 + NH 3 + NaOH e)14hcl + K 2 Cr 2 O 7 2CrCl 3 + 3Cl 2 + 7H 2 O + 2KCl ,286 V , ,394 V 74