Übungen zur VL Chemie für Biologen und Humanbiologen 12. 11.2010 1. Was wird gebildet, wenn Natrium oxidiert wird und Chlor reduziert wird? Natrium gibt bei der Oxidation ein Elektron ab und bildet damit ein Na + Ion (Kation) und Chlor nimmt bei der Reduktion ein Elektron auf und bildet Cl - Ion (Anion). Zuerst werden die Teilgleichungen für die Oxidation und die Reduktion aufgestellt. Oxidation: Elektronenabgabe, Stoff wird selbst oxidiert und wirkt als Reduktionsmittel, da dieser zur Reduktion des Reaktionspartners (Chlor) führt, RG hinzeichnen Na Na + + e - Reduktion: Elektronenaufnahme, Stoff wird selbst oxidiert und wirkt als Oxidationsmittel, da dieser zur Oxidation des Reaktionspartners (Natrium) führt, RG hinzeichnen Cl 2 + 2 e - 2 Cl - Gesamtgleichung der Redoxreaktion: Na Na + + e - x 2 Cl 2 + 2 e - 2 Cl - 2 Na + Cl 2 + 2 e - 2 Na + + 2 Cl - + 2 e - ( Summe der Teilgleichungen) Kurzform: 2 Na + Cl 2 2 NaCl Auf beiden Seiten stehen gleich viele Elektronen, d.h., man kann sie wegkürzen. Die Natriumkationen bilden mit den Chloridanionen das Salz NaCl. 2. Nennen Sie mindestens 4 typische Eigenschaften von Metallen Leitfähigkeit (thermisch, elektrisch), metallischer Glanz, Verformbarkeit, Bildung von Oxiden. Metallatome sind in einer dichtesten Packung angeordnet. Besonderheit: Die Elektronen der äußeren Elektronenschalen können sich frei im gesamten Kristallgitter bewegen und sind nicht mehr ihren jeweiligen Atomkernen zugeordnet, daher die gute elektrische Leitfähigkeit. Wärme gleich Ausmaß an Teilchenschwingung freie Elektronen helfen Schwingunsenergie zu übertragen gute Leitfähigkeit. Auch der metallische Glanz hängt damit zusammen (Erklärung führt zu weit). Die Elektronegativität ist meist sehr gering, weshalb sie meist als Kationen in Form von Oxiden vorliegen. Viele sind duktil, schmiedbar.
3. Was geschieht wenn Schwefeldioxid (SO 2 ), ein Nichtmetalloxid in Wasser gelöst wird (Reaktionsgleichung)? SO 2 + H 2 O H 2 SO O 3 4. Wie hoch ist die molare und Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) Bindigkeiten. Berechnen von molaren Massen: Die molaren Atommassen werden dem Periodensystem entnommen. 1 1 3 1 1 1 14 3 16 HNO 3 63,01 g/mol Masse von Salpetersäure (HNO 3 ), Phosphorsäure (H 3 PO 4 ) in g/mol? Zeichnen Sie die Strukturformeln auf Grund der usw. H 3 PO 4 98.00 g/ mol H 2 SO 4 : 98,08 g/mol Erläuterungen zum Zeichnen von Valenzstrichformeln wird als Extradokument bereitgestellt. 5. Wieviel Gramm Kaliumhydrogenphosphat (K 2 HPO 4 ) müssen eingewogen werden, um 3 Liter einer 2,5 molare Lösung in Wasser herzustellen? Zeichnen Sie auch die Struktur von K 2 HPO 4. Geg.: V = 3 L, c = 2,5 mol/l Ges.: m(k 2 HPO 4 ) Benötigte Formeln: und c = Konzentration, n = Stoffmenge, V = Volumen, M = molare Masse, m = Masse
=2,5 3 =7,5 =2 +1 +1 +4 =2 39 +1 1 +1 31 +4 16 =174 = =174 7,5 =1305 Antw.: Es werden 1305 g Kaliumdihydrogenphosphat benötigt. Valenzstrichformel: 6. Welche Volumina (T = 20 C und p = 1 atm) von gasförmigen Wasserstoff und gasförmigen Sauerstoff werden benötigt um 27 g Wasser herzustellen? Formulieren Sie zuerst die Reaktionsgleichung. Geg.: m(h 2 O) = 27 g, T = 20 C, p = 1 atm Ges.: V(H 2 ), V(O 2 ) 2 H 2 + O 2 2 H 2 O M(H 2 O) = 18 g/mol = =27 =1,5 18 Laut Reaktionsgleichung entstehen aus 2 Molekülen Wasserstoff (diatomar!!, H 2 ) auch zwei Teilchen Wasser, d.h. das Verhältnis ist 1:1 bezogen auf die Anzahl an Molekülen. Folglich werden für die Herstellung von 1,5 mol H 2 O auch 1,5 mol H 2 benötigt. Wir brauchen laut Reaktionsgleichung jedoch nur 1 Molekül Sauerstoff (ebenfalls diatomar!!, O 2 ), um 2 Moleküle Wasser herzustellen. Hier ist das molare Verhältnis 1:2, d.h. wir benötigen nur 0,75 mol Sauerstoff. Bei den gegebenen Bedingungen (p = 1 atm, T = 20 C) nimmt 1 mol Gas 24 L an Volumen ein. Daraus folgt: 1,5 mol Wasserstoff entsprechen 36 L Wasserstoffgas 0,75 mol Sauerstoff entsprechen 18 L Sauerstoffgas Antw.: Es werden 36 L Wasserstoffgas und 18 L Sauerstoffgas benötigt.
7. Wie viel Phosphorsäure muss eingewogen werden um 0,5 L einer 1 N Phosphorsäure herzustellen? Info: Im Falle von Brønstedt-Säuren gibt die Normalität (N) an, wie viel mol Protonen in einem Liter Lösung abgegeben werden. Hierbei ist die Kenntnis wichtig wie viele Protonen ein Molekül der verwendeten Säure abgeben kann. HCl (Salzsäure, z = 1) kann 1 Proton abgeben, H 2 SO 4 (Schwefelsäure, z = 2) kann 2 Protonen abgeben und H 3 PO 4 (Phosphorsäure, z = 3) kann 3 Protonen abgeben. Daraus folgt, dass bei 1 protonigen Säuren wie HCl die Normalität gleich der Konzentration ist. Bei mehrprotonigen Säuren ist das jedoch nicht der Fall. = Bsp. für Säuren: 1 N HCl c(hcl) = 1 mol/l 1 N H 2 SO 4 c(h 2 SO 4 ) = 0.5 mol/l 1 N H 3 PO 4 c(h 3 PO 4 ) = 0.33 mol/l Bei Brønstedt-Basen gilt das gleiche Prinzip für die Protonenaufnahme. Anmerkung: Die Angabe von Normalitäten ist veraltet. Sie war früher wichtig, wenn jemand zum Beispiel etwas neutralisieren wollte und keinerlei Fachkenntnis über die Art der Säure verfügte. Gleiche Volumina von Säuren und Basen gleicher Normalität neutralisieren sich, ganz egal welche Art von Säure oder Base vorliegt. Dieses Konzept ist jedoch verwirrend und überflüssig, da oft Normalitäten und Molaritäten verwechselt werden. Geg.: V = 0,5 L, Normalität = 1 mol/l Da wie oben gezeigt Phosphorsäure eine dreiprotonige Säure ist, ist die Äquivalenzzahl z = 3. = =1 3 = =0,33 =0,33 0,5 =0,165 =3 +1 +4 =3 1 = =98 0,165 =16,17 +1 31 +4 16 =98
8. Wie viel mol Ethanol (C 2 H 5 OH) entspricht der Masse Ethanol, die eingewogen werden muss, um 2 Liter einer 70 gewichtsprozentigen Lösung in Wasser herzustellen? Wie viel mol Ethanol entspricht der Masse Ethanol, die eingewogen werden muss, um 2 Liter einer 70 volumenprozentigen Lösung in Wasser herzustellen. Die Dichte von Ethanol bei 20 C ist 0.80 g/cm 3. Nutzen Sie die Alkoholtabelle auf der folgenden Seite. Geg.: a) V = 2 L, m(ethanol)/[m(ethanol)+m(wasser)] = 0,70, Tabelle mit Ethanolgehalt von Mischungen Ges.: a) n(ethanol) a) Laut Tabelle: 1 L einer 70 gew.-%igen Ethanol/Wasser-Mischung enthalten ca. 610 g Ethanol. 2 L Mischung enthalten 1220 g Ethanol. h=2 12 = =1220 46 +6 1 +1 16 =46 =26,5 Antw.: Es werden 26,5 mol Ethanol benötigt. Geg.: b) V = 2 L, V(Ethanol)/[V(Ethanol)+V(Wasser)] = 0,70, Tabelle mit Ethanolgehalt von Mischungen Ges.: b) n(ethanol) Laut Tabelle: 1 L einer 70 Vol.-%igen Ethanol/Wasser-Mischung enthalten ca. 557 g Ethanol. 2 L Mischung enthalten 1114 g Ethanol. = =1114 =24,2 46 Anderer Lösungsweg: 70 Vol.% von 2 L sind 1,4 L. Die Dichte von Ethanol beträgt 0,80 g/cm 3. 1,4 L wiegen also 1120 g, was 24,3 mol Ethanol entspricht. Die kleine Abweichung kommt durch Rundungsfehler zustande. Antw.: Es werden 24,2 mol Ethanol benötigt. http://www.alkohol-lexikon.de/alcohol/al_ge/ebene2/dichte.html