Grundlagenübungen für Chemie WS 2014 / 2015 Seite 1

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1 1. Tee kochen physikalischer oder chemischer Vorgang? Grundlagenübungen für Chemie WS 2014 / 2015 Seite 1 Untersuchen Sie folgende Situationen in Bezug auf den stofflichen Vorgang (physikalische / chemisch / beides): a) Sie drehen den Knopf Ihres Gasherdes auf. Unter dem Deckel der Brennstelle zischt es leise. b) Sie reiben ein Streichholz an der Zündfläche und es entzündet sich. c) Sie halten es an einen Brenner und es entsteht eine blaue Flamme. d) Sie stellen einen gefüllten Wassertopf auf die Flamme und warten bis das Wasser siedet. e) Sie beobachten die Luft über dem Topf. f) Sie geben Teeblätter in eine Glaskanne und schütten siedendes Wasser darauf. Das Wasser färbt sich braun. g) Im nun leeren Wassertopf bemerken Sie eine weiße Kruste. h) Nach fünf Minuten gießen Sie den Tee in eine Tasse und geben ein Stück Würfelzucker hinzu. i) Danach geben Sie einen Schuss Milch zu Ihrem Tee. j) Während Sie nun Ihren Tee genießen, denken Sie über alles nach! 2. Chemische Trennverfahren Wie gewinnt man am besten: a) Alkohol aus Wein b) Alkoholfreies Bier c) Kochsalz aus Meerwasser d) Trinkwasser aus Meerwasser e) Sauerstoff aus Luft f) Schwefeldioxid aus einem Kohlekraftwerkabgas g) Sahne aus der Kuhmilch h) Koffein aus Kaffeebohnen 3. Periodensystem der Elemente a) Wie werden die Spalten in dem PSE bezeichnet? (Benennen Sie sie jeweils genau!) Was nimmt von links nach rechts zu? b) Wie werden die Zeilen bezeichnet? Was nimmt von oben nach unten zu? c) Was bezeichnet die Diagonale von Bor bis Astat? Was befindet sich links davon, was rechts? d) Welche Beziehung besteht zwischen Massenzahl, Ordnungszahl, Neutronenzahl, Protonenzahl, Elektronenzahl? e) Was ist die Elektronegativität? Wo ist sie am größten? 4. Atomgewicht a) Brom ist ein natürlich vorkommendes Element mit einem Atomgewicht von 80u. Und Br 80 ist ein radioaktives Nuklid mit sehr kurzer Halbwertszeit. Kann Br 80 in natürlichem Brom vorkommen? Aus welchen Isotopen besteht natürliches Brom? b) Kupfer besitzt ein Atomgewicht von 63,55u und besteht aus den stabilen Elementen Cu 63 und Cu 65. Berechnen Sie die prozentuale Verteilung der beiden Isotope.

2 Seite 2 5. Salze Definieren Sie: Salze Komplexsalze Edelgasregel Stellen Sie aus den beiden angegebenen Elementen das Salz her: a) Natrium / Brom b) Calcium / Sauerstoff c) Aluminium / Stickstoff d) Kalium / Schwefel e) Calcium / Fluor f) Aluminium / Sauerstoff g) Magnesium / Phosphor h) Aluminium / Kohlenstoff i) Titan / Sauerstoff j) Eisen / Brom 6. Säuren und Basen Definieren Sie: Säuren und Basen nach Brønsted (Beachten Sie Zentralatom und Strukturelement) Säurestärke und Basenstärke (Beeinflusst durch zwei Faktoren) Welche Stoffe können Säuren und welche Basen sein (in Gegenwart von Wasser)? Schätzen Sie die Säurestärke / Basenstärke (stark / schwach / mittel / keine) ab: a) HF / H 2 O / NH 3 / CH 4 b) H 2 S / HCl c) H 3 PO 4 / H 2 PO 4 - / HPO 4 2- / PO 4 3- d) HOCl / ClOH / HClO / ClHO / OClH / OHCl e) NaH / Na 2 O / Na 3 N f) NaH / KH / LiH g) HBr / HI / HCl / HF

3 Seite 3 Vervollständigen Sie folgende Tabelle: Säure Säurerest Name (IUPAC) Summenformel Name Summenformel Trivialname Hydrogenchlorid HCl Chlorid Cl - Salzsäure Bromwasserstoffsäure Flusssäure Iodwasserstoffsäure Salpetersäure Salpetrige Säure Schwefelsäure Schwefelige Säure Phosphorsäure Phosphorige Säure Kohlensäure Methansäure Ethansäure Propansäure Butansäure Perchlorsäure Chlorsäure Chlorige Säure Hypochlorige Säure Benzolcarbonsäure

4 Seite 4 7. Moleküle Definieren Sie: Isomerie Mesomerie Tautomere Oxidationszahlen Geben Sie für die folgenden Moleküle diese Angaben an: 1.) Strukturformel 2.) Summenformel 3.) ggf. Mesomerie 4.) Bindungsart 5.) Molmasse 6.) geometrische Anordnung 7.) formale Ladung 8.) Polarität 9.) Oxidationszahlen Sauerstoff Ozon Kohlendioxid Wasserstoffperoxid Stickstoffmonoxid Stickstoffdioxid Schwefeldioxid Chlormonooxid Chlordioxid Kohlensäure Phosphorsäure Schwefelsäure Perchlorsäure Salpetersäure Methansäure Benzol Ammoniumchlorid Ammoniumsulfat Ammoniumcarbonat Ammoniumnitrat Ammoniumformiat

5 Seite 5 8. IUPAC Nomenklatur Benennen Sie folgende Stoffe: Schreiben Sie die Summen und Strukturformel für folgende Stoffe: a) 2,3 Di Methyl Cyclo Pentan 1 ol b) p Hydroxy Benzol Carbonsäure c) Methyl Benzoat d) Nitro Methan e) Tri Phenyl Amin f) Isopren (2 Methyl Buta 1,3 dien) g) 2 Ethyl Buta 1,3 dien h) Di Ethyl Keton i) 2,4,6 Tri Hydroxy Toluol j) Di Phenyl Amin k) trans 3 Brom Pent 2 en l) 2,2,3 Tri Methyl Pentan m) Salicylsäure (o Hydroxy Benzoe Säure) n) Phenyl Formiat o) 2 Nitro Butan p) Ethylenglycol (Etha 1,2 diol) q) trans 4 Chlor Penta 1,3 dien r) cis 2 Ethyl Penta 1,3 dien s) Di Methyl Ether t) Ethyl Acetat u) 2,4,6 Tri Nitro Phenol v) 1,2 Di Amino Ethan w) trans 2 Brom Hex 2 en x) Propansäure Ethyl Ester

6 Seite 6 9. Gleichgewichtskonstante Schreiben Sie die Gleichgewichtskonstante für die folgenden Reaktionen. Beachten Sie die Vereinbarungen für die jeweils gewählte Dimension der Konzentration a) N H 2 2 NH 2 (T = 500 C) b) C + H 2 O H 2 + CO (T = 1000 C) c) CO + H 2 O CO 2 + H 2 (T = 200 C) d) HCOOH + H 2 O HCOO + H 3 O + (unter H 2 O) 10. Boudouard Gleichgewicht Die endotherme Reaktion von Kohlenstoff mit Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid liefert bei Rotglut (T = 650 C) und 1 bar Druck 40 Vol% CO. a) Formulieren und berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante b) Wie ändert sich das Gleichgewicht in Abhängigkeit von Druck und Temperatur (Tipp: Prinzip des kleinsten Zwangs) c) Berechnen Sie die CO Konzentration in g/m 3, aber im Normzustand (T 0 = 0 C; p 0 = 1013 mbar) 11. Wassergasreaktion Die endotherme Reaktion wandelt Kohlenstoff mit Wasser zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff um, bei Temperaturen um 1000 C. a) Formulieren Sie die partialdruckbezogene Gleichgewichtskonstante K p nach dem Massenwirkungsgesetz b) Welche Reaktionsbedingungen braucht man für eine möglichst hohe Ausbeute der Produktgase? (Tipp: Prinzip des kleinsten Zwangs) c) Im Gleichgewicht findet man bei ca C und 1 bar noch 1 Vol% Wasserdampf. Berechnen Sie den Zahlenwert der Gleichgewichtskonstanten. 12. ph Wert und Netralisation a) Welchen ph Wert hat eine 1 molare Salzsäure? Wieviel g CaO braucht man, um 2 l dieser Lösung zu neutralisieren? b) Welchen ph Wert hat eine 0,001 molare Schwefelsäure? Wieviel g Magnesiumoxid braucht man, um 10 l dieser Lösung zu neutralisieren? c) Welchen ph Wert hat eine 1 molare Natronlauge? Wieviel g Salzsäure braucht man, um 2 l dieser Lösung zu neutralisieren? d) Welchen ph Wert hat eine 0,01 molare Bariumhydroxidlösung? Wieviel g Salpetersäure braucht man, um 10 l dieser Lösung zu neutralisieren?

7 Seite Titration Skizzieren Sie die Titrationskurve a) von 1 molarer Natriumhydroxid mit Salpetersäure b) von 1 molarer Salzsäure mit Kaliumhydroxid c) von 1 molarer Ammoniaklösung (pk B = 4,8) mit Salpetersäure d) von 1 molarer Ameisensäure (pk S = 3,8) mit Natriumhydroxid e) von 1 molarer Phosphorsäure (pk S = 2 (1.Stufe)/ 7 (2.Stufe)/ 12,3 (3.Stufe)) mit NaOH f) von 1 molarem Natriumcarbonat (pk S (H 2 CO 3 ) = 6,5 (1.Stufe)/ 10,5 (2.Stufe)) mit HCl g) von 1 molarer Lithiumhydroxid mit Methansäure (pk S = 3,75) h) von 1 molarer Bromwasserstoffsäure mit Calciumformiat (pk S (HCOOH) = 3,75) i) von 1 molarer Essigsäure (pk S = 4,8) mit Ammoniaklösung (pk B = 4,8) 14. Elektrochemie (Faraday Konstante: As / mol) a) Eignen Sie sich die Reaktionsgleichungen (Anode, Kathode und Gesamtreaktion) von Batterien und Akkumulatoren aus dem Skript an. b) Aluminium wird durch Schmelzelektrolyse von Aluminiumoxid in Kryolith (Na 3 AlF 6 ) mit Kohleanode und Eisenkathode hergestellt Schreiben Sie die Reaktionsgleichungen für Anode und Kathode auf. Welche elektrische Energie wird bei einer Elektrolysespannung von 5 V für die Herstellung von 1 kg Aluminium benötigt? (Standartpotential von Aluminium: 1,66 V) c) Mit Primärzellen, meist Trockenbatterien, kann man elektrische Energie auf elektrochemischem Weg erzeugen. Schreiben Sie die Reaktionsgleichungen für Anode und Kathode für Leclanché Element und Alkali Mangan Zelle auf. Welche Energie kann theoretisch maximal von einem 100 g schweren Leclanché Element mit einer Zellspannung von 1,5 V abgegeben werden? d) Bleiakkumulator Die Klemmspannung liegt im Mittel pro Zelle bei 2 V. Welche Masse wäre zur Bereitstellung von 1 kwh Energie (mindestens) erforderlich, wenn die eingesetzten Mengen an Schwefelsäure, Blei und Bleioxid vollständig umgesetzt werden könnten?

8 Seite 8 Die Klausur besteht aus zwei Teilen. Teil A ist ohne Hilfsmittel, außer dem eigenen Kopf, zu bearbeiten. Sie haben dafür eine Stunde Zeit und sie besteht aus folgenden Punkten: Definitionen und deren Beispiele Säure / Base Aufbau von Stoffen Kunststoffe Elektrochemie Teil B ist mit Hilfe (genaueres werden Sie gegen Ende des Semesters erfahren) zu bearbeiten. Sie haben ebenfalls eine Stunde Zeit und sie besteht aus folgenden Punkten: Nomenklatur in beide Richtungen Gleichgewichtsreaktion ph Wert und Titration Transferaufgabe Zwischen beiden Teilen haben Sie ca. 15 Minuten Zeit.