Chemiebuch Elemente Lösungen zu Aufgaben aus Kapitel 13

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1 Kantonsschule Kreuzlingen, Klaus Hensler Chemiebuch Elemente Lösungen zu Aufgaben aus Kapitel 13 Grundregeln für stöchiometrische Berechnungen Wenn es um Reaktionen geht zuerst die chem. Gleichung aufstellen (= «Kochrezept») Dimensionen (Einheiten) in Rechnungen aufnehmen Ergebnisse immer mit der Einheit angeben m(stoff) = Masse eines Stoffes Einheit: g, kg M(Stoff) = Molmasse eines Stoffes Einheit: g/mol (oder u/molekül bzw. Atom) n(stoff) = Stoffmenge in mol N(Stoff) = Stoffmenge in Anzahl Teilchen Achtung! Das Molvolumen von 22,4 l gilt nur für ideale Gase und nicht für Flüssigkeiten S. 214 A1 Die ursprüngliche Annahme von Lavoisier, dass alle Säuren Sauerstoff enthalten wurde bald widerelegt, aber der Name wurde trotzdem beibehalten. S. 217 A2 A3 A4 A5 Sie enthalten gelöste Ionen (OH, H 3 O, Säurerest und/oder Metallionen). Ionen sind elektrisch geladen. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung strömen Kationen zur Kathode und Anionen zur Anode, d.h. es fliesst ein elektrischer Strom. Weil die Protonen in Atomkernen gebunden sind. Um von dort Protonen freizusetzen müssten die Atomkerne gespalten werden. Nur die einzelnen Protonen des Wasserstoffkerns sind so beweglich, dass sie von einer Elektronenwolke in eine andere, leere überwechseln können. Hexan hat keine leeren Elektronenwolken. Somit kann HCl sein Proton nicht abgeben und es bilden sich keine Ionen, die als Basis für einen elektrischen Strom dienen könnten. a) Der Sauerstoff im Ethanol hat 2 leere Elektronenwolken und kann daher als Base dienen. Somit können durch Protolyse (Abgabe des Protons) von HCl Ionen entstehen. b) HCl C 2 H 5 OH > Cl C 2 H 5 OH 2 oder in der Lewis-Schreibweise A6 b) und c). Sie enthalten Wasserstoff und können daher Wasserstoffkerne (Protonen) abgeben. a) kann dies nicht A7 Alle drei, denn alle haben leere Elektronenwolken ( ) A8 a) NH 4 Cl(s) > NH 3 (g) HCl(g) oder in der Lewis-Schreibweise b) Ammoniumchlorid ist ein Salz aus NH 4 - und Cl -Ionen. NH 4 gibt ein Proton ab und ist daher die Säure, Cl nimmt ein Proton auf und ist daher die Base. A9 Die Teilchen, die H enthalten geben jeweils ein Proton an die an die Teilchen ohne H ab. Sie werden dabei um eine Ladung negativer; die Basen werden um eine Ladung positiver. a) HSO 4 2 CO 3 > 2 SO 4 HCO 3 b) HCO 3 ClO > CO 2 3 HClO Che_Elemente_Loesungen_Kap_13.doc

2 S. 219 c) HF CN > F HCN 2 d) CO 3 NH 4 > HCO 3 NH 3 e) HSO SO 3 > SO 4 HSO 3 A10 a) H 2 S H 2 O H 3 O HS HS H 2 O H 3 O S 2 b) H 2 S / HS und H 2 O / H 3 O HS / S 2 und H 2 O / H 3 O c) H 2 S Schwefelwasserstoff HS Hydrogensulfit S 2 Sulfit H 2 O Wasser H 3 O Hydronium, Oxonium oder Hydroxonium d) HS A11 Stark saure Lösung: H 3 PO 4 und H 2 PO 4, die entstehen, weil viel H 3 O als Säure wirken und Protonen an HPO 2 4 und PO 3 4 abgeben kann. Stark alkalische Lösung: HPO 4 2 und PO 4 3, die entstehen, weil viel OH als Base wirken und Protonen von H 3 PO 4 und H 2 PO 4 «absaugen» kann. A12 Korrespondierende Säure-Base-Paare sind haben jeweils dieselbe Schattierung bzw. Farbe. Welches Teilchen die jeweils stärkere Säure bzw. Base ist kann auch der Abb. 20, S. 220 bzw. der Tabelle auf S. 450 entnommen werden. a) H 3 PO 4 NH 3 NH 4 H 2 PO 4 b) CH 3 COOH NH 2 NH 3 CH 3 COO 2 c) HPO 4 NH 3 NH 4 3 PO 4 d) NH 4 S 2 HS NH 3 e) HS OH H 2 O S 2 f) HSO 4 2 CO 3 HCO 3 2 SO 4 g) H 2 S CH 3 COO CH 3 COOH HS h) HCO 3 ClO HClO 2 CO 3 i) H 2 O NH 3 NH 4 OH S. 223 A17 A18 A19 A20 A21 Das ist ein Hinweis darauf, dass jeweils dieselbe Reaktion abläuft, dargestellt durch die Netto- Teilchengleichung H 3 O OH > 2 H 2 O. Es findet eine deutliche Temperaturerhöhung statt (exotherme Reaktion). Stoffgleichung: KOH(aq) HClO 4 (aq) > H 2 O KClO 4 (aq) Teilchengleichung: K (aq) OH (aq) H 3 O (aq) ClO 4 (aq) > 2 H 2 O K (aq) ClO 4 (aq) 2 HNO 3 (aq) Ca(OH) 2 (aq) > 2 H 2 O Ca(NO 3 ) 2 (aq) 2 H 3 PO 4 (aq) 3 Ca(OH) 2 (aq) > 6 H 2 O Ca 3 (PO 4 ) 2 (aq) S. 225 A22 NaOH(aq) HCl(aq) > NaCl(aq) H 2 O n(hcl) = n(naoh) = 15,7 ml 0,5 mol/l = 7,85 mmol m(hcl) = 7,85 mmol 36,5 g/mol = 286,5 mg c(hcl) = 7,85 mmol / 10 ml = 0,785 mol/l

3 A23 Ca(OH) 2 (aq) 2 HCl(aq) > CaCl 2 (aq) 2 H 2 O n(ca(oh) 2 ) = 1 17,2 ml 0,7 g mol n(hcl) = ml 36,6 g = 3,3 104 mol c(ca(oh) 2 ) = 0,33 mmol / 30 ml = 0,011 mol/l S. 231 A29 a) ph = 1 poh = 13 [H 3 O ] = 0,1 mol/l [OH ] = mol/l sauer b) ph = 4 poh = 10 [H 3 O ] = 10 4 mol/l [OH ] = mol/l sauer c) ph = 8 poh = 6 [H 3 O ] = 10 8 mol/l [OH ] = 10 6 mol/l alkalisch d) ph = 12 poh = 2 [H 3 O ] = mol/l [OH ] = 10 2 mol/l alkalisch e) ph = 13,5 poh = 0,5 [H 3 O ] = 0, mol/l [OH ] = 0,31 mol/l alkalisch A30 a) ph = lg(10 2 ) = 2 sauer b) ph = lg( ) = 6,3 sauer c) ph = lg(10 8 ) = 8 alkalisch d) ph = lg( ) = 9,5 alkalisch A31 a) ph = 14 poh = 14 (lg 0,1) = 13 alkalisch b) ph = 14 poh = 14 (lg10 7 ) = 7 neutral c) ph = 14 poh = 14 (lg ) = 6,4 sauer d) ph = 14 poh = 14 (lg ) = 3 sauer A32 Unabhängig von der Temperatur gilt für reines Wasser: ph = poh = lg ([H 3 O ]) = lg ( K W ) = lg ( 5, ) = lg (2,34 107) = 6,6 Bei Temperaturen über 25 C ist die Kollisionshäufigkeit zw. Wassermolekülen grösser, somit entsteht mehr H 3 O und OH als bei 25 C. Dadurch ist er ph-wert zwar kleiner als 7, aber das Wasser ist trotzdem neutral. S. 232 A33 1 l Salzsäure mit ph = 1 enthält 10 1 mol H 3 O -Ionen 1 l Salzsäure mit ph = 5 enthält 10 5 mol H 3 O -Ionen => nötige Verdünnung = 10 5 : 10 1 = 1:10000 Die Salzsäure muss mit 9999 l destilliertem Wasser auf 10'000 Teile aufgefüllt werden. A34 ph = 4 => poh = 10 ph = 8 => poh = 6 Eine ph-stufe entspricht einem Faktor 10, 4 ph-stufen entsprechen einem Faktor Somit wird [H 3 O ] um den Faktor 10'000 gesenkt und [OH ] um denselben Faktor erhöht. A35 Verdünnungsfaktor = 0,1/10 = 0,01 [OH ] wird 100-fach erniedrigt, d.h. der ph-wert wird um 2 Stufen gesenkt: ph = 11 A36 a) [HCl] = 0,001 mol/l => [H 3 O ] = 0,001 mol/l => ph = lg 0,001 = 3 b) [KOH] = 0,01 mol/l => [OH ] = 0,01 mol/l => ph = 14 lg 0,01 = 12 c) [Ca(OH) 2 ] = mol/l => [OH ] = mol/l => ph = 14 lg = 10,9 A37 A38 [OH ] = 10 (1412,5) mol/l = 0,0316 mol/l => n(naoh) = n(oh ) = [OH ] V V = 1 l => m(naoh) = n(naoh) M(NaOH) = 0,0316 mol/l 1 l 40 g/mol = 1,26 g Die H 3 O -Konzentration von Säure (saurer, wässriger Lösung) ist (bei 25 C) immer grösser als 10 7 mol/l, d.h. ph < 7. Angenähert gilt somit: [H 3 O ] = mol/l = 1, mol/l => ph = lg (1, ) = 6,96

4 S. 233 A39 A40 A41 S. 234 A42 Lackmus und Bromthymolblau. Bei beiden ist der Umschlagpunkt um den Neutralpunkt (ph = 7) A43 ph = 4 gelb ph = 7 grün ph = 10 violett (blau und pink gemischt) A44 Schwach sauer S. 241 Ü1 Ü2 Ü3 [H 3 O ] = 10 ph mol/l = 10 7,4 mol/l = mol/l poh = 14 ph = 6,6 [OH ] = 10 poh mol/l = 10 6,6 mol/l = 2, mol/l Für eine neutrale Lösung gilt bei 60 C: K w = [H 3 O ] [OH ] = 9, mol 2 ph(60 C) = lg 9, l 2 ( ) = 6,5 Da der gemessene ph-wert von 6,8 grösser ist folgt, dass die Lösung schwach alkalisch ist. Unverdünnte Salzsäure: [HCl] = 11 mol/l Bei ph = 0: [HCl] = 10 0 mol/l = 1 mol/l Die Lösung muss 1:11 verdünnt werden, d.h. 1 Teil der Salzsäure 10 Teile destilliertes Wasser Ü4 Ü5 korrespond. Säure Ampholyt korrespond. Base a) H 3 PO 4 H 2 PO 4 2 HPO 4 c) NH 4 NH 3 NH 2 e) H 2 S HS S 2 f) H 2 O H 3 O H 4 O 2 (denkbar, aber so instabil, dass es eigentlich nicht vorkommt) Ü6 H 2 O Wasser H 3 O (aq) Hydronium-Ion OH (aq) Hydroxid-Ion H 2 SO 4 Schwefelsäure HSO 4 (aq) Hydrogensulfat SO 2 4 (aq) Sulfat Ü7 Ü8 Ü9 Ü10

5 Ü11 Ü12