2. Übung Grundlagen der Hauptgruppenchemie AC02

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1 Allgemeine und Anorganische Chemie 2. Übung Grundlagen der Hauptgruppenchemie AC02 Aufgabe 1: Vervollständigen und gleichen Sie die folgenden Gleichungen aus: a) CaO + H 2 O Ca(OH) 2 b) Al 2 O H 3 O + 2 Al 3+ ( 6 H 2 O) + 9 H 2 O c) Na H 2 O 2 NaOH + H 2 d) 2 H 2 SO 4, conc. + Cu CuSO 4 + S + 2 H 2 O e) O 3 + NO N + Aufgabe 2: Welche unterschiedlichen Anionen des Sauerstoffs sind Ihnen bekannt und wie werden sie genannt? Lösungen: : Oxidanion : Hyperoxidanion : Peroxidanion Aufgabe 3: Erklären Sie mit Hilfe des MO-Schemas, dass Disauerstoff ein Diradikal ist. Siehe Aufgabe 4! Aufgabe 4: Die Bindungslänge zwischen den Sauerstoffatomen nimmt von Disauerstoff über das Hyperoxidanion ( - = Dioxidanion) bis zum Peroxidanion (O2 2- ) stetig zu. Machen Sie sich diese Tatsache unter Verwendung der MO-Schemata der drei unterschiedlichen geladenen Sauerstoffatome klar.

2 Eine Erhöhung der Zahl der Elektronen in antibindenden Zuständen (negative Ionen) führt zu einer Lockerung der Bindung, was seinen Ausdruck im experimentell bestimmbaren Kernabstand (Bindungsabstand, Bindungslänge) findet. Gleichzeitig nimmt die Bindungsenergie ab. Anmerkung: Die Sigma-Bindung zwischen den p-orbitalen ist energetisch begünstigt, da eine höhere Überlappung der Orbitale erfolgt als bei π-bindungen zwischen p- Orbitalen.

3 Aufgabe 5: Nennen Sie drei Herstellungsmethoden für Wasserstoffperoxid (H 2 ). Herstellung: (a) Elektrolytische Oxidation von Schwefelsäure: 2-2 SO 4 S e - (Peroxodisulfat = O 3 S-O-O-SO 3 ; OZ!) 2- - S 2 O H 2 O H HSO 4 (b) Anthrachinon-Verfahren (hauptsächlich): indirekte Umsetzung von H 2 und OH O (Luft) H 2 + H 2 OH O 2-Ethyl-Anthrahydrochinon 2-Ethyl-Anthrachinon H 2 bildet sich aus den Elementen nur spurenweise ( H 0 = -188 kj/mol verglichen mit -572 kj/mol für Bildung von H 2 O) a) im Labor aus Natriumperoxid Na H 2 O 2 NaOH + H 2 OH - -Ionen wirken katalytisch für Zerfall von H 2 Reaktion erfolgt in schwefelsaurer Lösung, wodurch gebildete Lauge neutralisiert wird. Aufgabe 6: Beschreiben Sie anhand von chemischen Gleichungen die Herstellung von Schwefelsäure nach dem Kontaktverfahren. Herstellung: Kontaktverfahren S wird mit Luftsauerstoff zu SO 3 oxidiert: S + ½ SO 3 ΔH = -99 kj/mol mit zunehmender Temperatur: GG verschiebt sich in Richtung S (exotherme Rkt.) bei RT reagieren S und praktisch nicht miteinander Verwendung von Katalysatoren V 2 O 5 auf Si als Trägermaterial und arbeitet bei C

4 Sauerstoffübertragung durch Katalysator: V 2 O 5 + S V 2 O 4 + SO 3 V 2 O 4 + ½ V 2 O 5 SO 3 löst sich besser in H 2 SO 4 als in Wasser Bildung von Dischwefelsäure Umsetzung mit Wasser zu H 2 SO 4 : SO 3 + H 2 SO 4 H 2 S 2 O 7 H 2 S 2 O 7 + H 2 O 2 H 2 SO 4 Aufgabe 7: In eine Lösung mit ph = 0,5, c(pb 2+ ) = 0,050 mol/l und c(fe 2+ ) = 0,050 mol/l wird H 2 S-Gas bis zur Sättigung eingeleitet. Fallen PbS und FeS aus? Für eine gesättigte H 2 S-Lösung (25 C) gilt: c 2 (H + ) c(s 2- ) = K L = 1, mol 3 /L 3 K L (PbS) = mol 2 /L 2 ; K L (FeS) = mol 2 /L 2 Lösung:

5 Aufgabe 8: Geben Sie unter Einhaltung der Oktett-Regel die Strukturformeln von Schwefeltrioxid in der Gasphase und im Festkörper wieder. Lösung: Es liegt im Gleichgewicht mit S 3 O 9 -Molekülen vor. Wird (gasförmiges) SO 3 unter 80 C abgekühlt, bildet sich das sog. γ-so 3. Dieses besteht aus S 3 O 9 -Molekülen. Es ist nicht planar aufgebaut, sondern formt einen gewellten Ring. Dabei sind die Schwefelatome von Sauerstoff verzerrt tetraedisch umgeben. Aufgabe 9: Was würde geschehen, wenn beim Frasch-Prozess das eingepumpte Wasser die falsche Temperatur hat, nämlich: a) 100 C? b) 250 C? Lösungen: Es käme zu keiner Förderung des Schwefels, weil der Schwefel a) nicht schmelzen würde. b) eine zu hohe Viskosität hätte. Aufgabe 10: Formulieren Sie die Gleichungen für die Reaktionen von Wasser mit: a) S + H 2 O H 2 SO 3 (S Anhydrid der schwefligen Säure)

6 b) SO 3 c) H 2 S 2 O 7 b) + c): Gasförmiges Schwefeltrioxid dient hauptsächlich zur Herstellung von Schwefelsäure: In Wasser löst sich das gasförmige SO 3 nur sehr langsam und wird daher in konzentrierte Schwefelsäure eingeleitet, wobei sich Dischwefelsäure (H 2 S 2 O 7 ) bildet. Mit Wasser wird diese dann zu Schwefelsäure umgesetzt: