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Die Reaktion von Oxiden mit Wasser
Chemische Elemente kann man grob in Metalle und Nichtmetalle einteilen.
Elemente
Nichtmetalle
Metalle
z.B. S, C, O, P
z.B. Ca, Ba, Na, Fe
Reagieren Oxide mit Wasser, so gehören die dabei entstehenden Verbindungen, sogenannte Lösungen zur
Stoffklasse der Säuren.
Beispiele:
1) S + O2  SO2 (Schwefeldioxid)
SO2 + H2O  H2SO3
schwefelige Säure
2) C + O2  CO2 (Kohlenstoffdioxid)
CO2 + H2O  H2CO3
Kohlensäure
3) 4P + 5O2  P4O10 (Phosphoroxid)
P4O10 + 6H2O  4H3PO4
Phosphorsäure
Zu den Eigenschaften saurer Lösungen gehören ein saurer Geschmack und die Fähigkeit, den
Lackmusfarbstoff, der blau oder violett ist, rot zu färben.
Saure Lösungen färben Lackmus (Indikator) rot.
Reaktionen von Wasser mit Metalloxiden ergeben die Stoffklasse der Hydroxide. Hydroxidlösungen
bezeichnet man als alkalische Lösungen. Im Gegensatz zu sauren Lösungen haben wässrige Lösungen
von Hydroxiden einen leicht seifigen Geschmack. Außerdem färben sie Lackmus, der vorher rot oder
Violett war, blau.
2Ca + O2  2CaO
CaO + H2O  Ca(OH)2
Calciumhydroxid
V.54.3.
2Ba + O2  2BaO
BaO + H2O  Ba(OH)2
Bariumhydroxid
V.54.4.
Alkalische Lösungen färben Phenolphthalein (Indikator) rot.
Laugen: so nennt man sehr stark alkalisch reagierende Lösungen
So zum Beispiel:
- Natronlauge: NaOH(aq)
- Kalilauge: KOH(aq)
Natrium und Kalium sind sehr gut in Wasser löslich.
Neutral: so nennt man Lösungen, die weder sauer noch basisch sind, wie zum Beispiel reines Wasser
(schmeckt nach nichts). Dieses verändert auch die Farbe des violetten Lackmus nicht.
Neutralisation: Mischt man saure und alkalische Lösungen im richtigen Verhältnis, so heben sich die
Eigenschaften auf und es entsteht eine neutrale Lösung. Den Vorgang nennt man neutralisieren.
1
Nichtmetall
Metall
↓
Oxidation
↓
Nichtmetalloxid
↓
Metalloxid
↓
Reaktion mit Wasser
↓
Säure
↓
Hydroxid (Base)
↓
lösen in Wasser
↓
saure Lösung
↓
alkalische Lösung
neutrale Lösung
Indikator: Indikatoren (Anzeiger) zeigen an, ob eine saure, eine neutrale oder eine alkalisch/basische
Lösung vorliegt. (Lackmus, etc.)
Übungsbeispiele:
- In unserem Labor ist das CO2 – Gas ausgegangen. Es steht Calciumcarbonat zur Verfügung. Kann man
daraus Kohlenstoffdioxid gewinnen? Wenn ja, dann stelle die Reaktionsgleichung auf!
CaCO3 + O2  CaO + CO2
…man muss das Calcium nur oxidieren lassen (erhitzen/verbrennen)!
- Bilde aus schwefeliger Säure und Kalkwasser das Produkt Caltuimsulfat.
H2SO3 + Ca(OH)2  2H2O + CaSO3
Grundlagen des chemischen Rechnens
Herstellung von Bariumsulfat:
Notieren:
Bariumchlorid + Natriumsulfat  Bariumsulfat + Kochsalzlösung
BaCl2(s) + Na2SO4(s)  BaSO4(s) + 2NaCl(aq)
Herzeigen von Indikatorpapierstreifen und etwas ausprobieren!
Notiere:
Bariumsulfat hat eine Dichte von ρ = 4,48 g/cm3
Lesen des Punktes „Wichtige Größen für chemische Berechnungen“ auf Kopie!
 KOPIE
Besprechung und Durchführung des Übungsbeispieles 
Theoretischer Weg zur Berechnung:
Zur Ausführung von Berechnungen benötigt man folgende Informationen:
a) Formeln der beteiligten Stoffe, somit kann man das Reaktionsschema erstellen.
b) Gegebene und gesuchte Größen (kg,g,mg,l,ml,mol)
12
1 Atom
C
hat die Masse von 12 u
12
n(
C ) = 1mol
n…Stoffmenge
Ein Mol beinhaltet 6,002 * 10^23 Stück.
Bsp.: 1 mol Schwefel besteht aus 6,002 * 10^23 Schwefelatomen, das ist eine Gesamtmasse von 32,064g.
Notiere:
„Größen dienen der qualitativen Beschreibung des Systems. Jede Größe ist das Produkt aus Zahlenwert
und Einheit.“  Größe = Zahlenwert x Einheit
Bsp.: m(Fe) = 5 . 1kg
Größe: m…Masse
Zahlenwert…5
kg…Einheit
1 mol Kohlenstoff 12C hat die Masse m = 12g
Ansagen und aufschreiben des Lehrsatzes:
Definition des mol:
2
1Mol ist die Stoffmenge eines Systems, das aus ebensoviel Einzelteilchen besteht wie Atome in 12g des
Kohlenstoffisotops 12C enthalten sind.
Bei Verwendung des Mols müssen die Einzelteilchen des Systems genau bezeichnet sein.
Es können Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen sowie andere Teilchen oder Gruppen solcher Teilchen
genau angegebener Zusammensetzung sein.
„Ein mol Wurstsemmerl besteht aus 1 mol Semmel + 1 mol Wurst + 1 mol Gurkerl + 1 mol Senf“
Avogadro-Konstante NA : gib die Teilchenanzahl an, die ein Mol eines jeden Stoffes enthält
N(X) / n(X) = NA
-1
NA = 6.022 . 10^23 mol
Je größer die die Stoffmenge n einer Stoffportion, desto größer ist die Anzahl N der Teilchen, aus denen
die Stoffportion besteht: (n…Stoffmenge
N…Anzahl der Teilchen)
Zusammenhang zwischen Teilchenanzahl N und Stoffmenge n:
n(X) ~ N(X)
oder
~ … Zeichen für proportional
N(X) / n(X) = konstant
Aufgabe1:
Berechne, aus wie viel Teilchen (Molekülen) eine Stoffprobe von 10g Wasser besteht!
Gesucht: N
Gegeben:
m=10g
NA = 6.022 . 10^23 / mol
MH2O = 18g/mol
Lösungsmöglichkeit 1: Wenn man weiß, welche Stoffmenge im Wasser vorhanden ist, kann man die
Teilchenanzahl berechnen.
N = NA . n
(n…Stoffmenge
N…Anzahl der Teilchen)
n = m/M
N = NA . m/M
N = 6,022 .
10^23
.
10g x mol / 18g .
mol
 10g Wasser enthalten 3,35 . 10^23 Wassermoleküle.
N = 3,35 . 10^23
Lösungsmöglichkeit 2: Die Avogadro-Konstante NA ist eine festgelegte Konstante für alle Stoffe; die
molare Masse eine Stoffkonstante. Für den Zusammenhang zwischen Teilchenanzahl und Masse eines
Stoffes gilt: N ~ m
N
NA
=
m
M
\\\ mal NA
N = m / M . NA = 3,35 . 10^23
 10g Wasser enthalten 3,35 . 10^23 Wassermoleküle.
Stoffproben können durch die Größen Masse, Volumen, Teilchenanzahl und Stoffmenge gekennzeichnet
werden.
Rechne Aufgabe 2: Wie viele Eisen-Atome enthalten 2 Mol Eisen?
Anzahl N(Fe) in der Stoffmenge n(Fe) = 2 mol?
N(X) = n(X) . NA
N(Fe) = 2 mol . 6.022 . 10^23 / mol
N(Fe) = 1,2044 . 10^24. Zwei Mol Eisen enthalten also 1,2044 . 10^23 Eisen-Atome.
Ü2.: Edukte: C6H12O6 ; O2 ;
Produkte: CO2 ; H2O
3
Stelle die Reaktionsgleichung für die Verbrennung (Oxidation) von Traubenzucker auf!
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + Energie↑ (exotherme Reaktion)
Für uns ist die Umkehrreaktion besonders wichtig, die sogenannte Photosynthese. Sie findet in den
Chloroplasten der grünen Pflanzen statt. Dabei wird aus energiearmen Stoffen energiereicher
Traubenzucker (Glucose).
- Stelle die vollständige Wortgleichung dieser chemischen Synthese auf!
Wasser + Kohlendioxid + Energie
Glucose + Sauerstoff + Wasser(g)
- Stelle die Reaktionsgleichung für die Photosynthese auf und überprüfe sie!
6CO2 + 12H2O + Energie (Sonne!)  C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
- Um welche Reaktion handelt es sich aus energetischer Sicht? Es handelt sich dabei um eine
Endotherme Reaktion!
- Fertige ein Energiediagramm dieser Synthese an! Beschrifte exakt und erkläre alle wichtigen Begriffe
E
½
Rk
Erklärung der Begriffe:
E = Energie
EA = Aktivierungsenergie zum Starten der Reaktion
Rk = Reaktionskoordinate
Eendo = aufgenommene, gebundene Energie
(1) = Edukte (2) = Edukte aktiviert (3) = Produkte
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Neue Überschrift 
“Reaktionsenthalpie ∆HR“ (∆…Delta)
„H“ kommt von heat…Wärme ////
Enthalpein(gr.)…heizen ////
∆…Delta…Differenz
„Die Reaktionsenthalpie ist eine Größe, welche die Reaktionswärme in das Reaktionsschema einbezieht.“
4
Beispiel: Bei der Reaktion von Magnesium(s) mit Salzsäure(aq) entstehen Wasserstoff (g),
Mg(s) + 2HCl(aq)  H2(g) + MgCl2(aq)
Magnesiumchlorid (aq), Wärmeenergie und Arbeit.
Anfangssystem S(I)  Endsystem S(II)
Beim Übergang von des Systems S(I) in das System S(II) ändert sich die innere Energie Ei.
Die Energieänderung gibt man als die Differenz aus der inneren Energie Ei(II) des Endsystems S(II) und
der inneren Energie Ei(I) des Anfangssystems S(I) an.
Diese Energiedifferenz bezeichnet man mit ∆Ei :
∆Ei = Ei(II) – Ei(I)
Die Änderung der inneren Energie wird über das Vorzeichen gekennzeichnet. Ist die Energie der
Produkte geringer als die der Edukte, dann ist der Energieänderungswert negativ. Ist die Produktenergie
größer als die der Edukte, dann ist sie positiv.
Die Energieänderung von ∆Ei die bei der Reaktion von Magnesium mit verdünnter Salzsäure läuft
folgendermaßen ab:
-
von S(I) wird Wärme an Umgebung abgegeben. Dafür schreibt man Qp (p steht für konstanten
Druck)!
-
Außerdem wird Arbeit (W…work), sogenannte Volumenarbeit in Form der Gasausbreitung des
Wasserstoffes geleistet.
∆Ei = Qp
Man kann zusammenfassen:
+ W
Änderung der inneren Energi = Reaktionswärme bei konstantem Druck + Wärme
1
Die Reaktionswärme Qp bei konstantem Druck bezeichnet man als Enthalpieänderung ∆H . Sie ist also
von Normaldruck (1013hPa) und Normaltemperatur (298°K) abhängig.
Genauso wie bei der Änderung der inneren Energie wird bei exothermen Reaktionen eine negative
Enthalpieänderungen notiert, bei endothermen Reaktionen erhält die Enthalpieänderung ein positives
Vorzeichen! Die Einheit wird in Kilojoule kJ gemessen!
So gilt:
oder
2H2 + O2  2H2O
∆HR = - 484kJ
2H2O  2H2 + O2
∆HR = + 484kJ
2Mg + O2  2MgO
∆HR = - 1204kJ
2HgO  2Hg + O2
∆HR = + 180kJ
Die Enthalpieänderung bei einer Reaktion ist auch von der umgesetzten Stoffmenge anhängig. So kann
man sagen dass die molare Energieänderung ∆Hm der Quotient aus der Enthalpieänderung ∆H und der
Stoggmenge n.
∆Hm = ∆H / n
Reagiert ein mol Mg mit gelöster HCl, dann werden 460 kJ frei.
∆Hm = - 460 kJ / mol
Reagiert hingegen ein mol verdünnte HCl mit Mg, so werden 230 kJ frei.
∆Hm = - 230 kJ / mol
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Somit lautet ein vollständiges Reaktionsschema mit Einbeziehung der Reaktionsenthalpie bei der
Reaktion von Magnesium mit verdünnter Salzsäure:
Mg(s) + 2HCl(aq)  H2(g) + MgCl2(aq);
∆HR = - 460 kJ / mol
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