Übungsaufgaben Chemie Nr. 3

Dr. Michael Gebinoga; Technische Universität Ilmenau; Institut für Chemie und Biotechnik; FG Nanobiosystemtechnik
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Übungsaufgaben Chemie Nr. 3
22) Wie hoch ist die Molarität der jeweiligen Lösungen, wenn die angegebene
Substanzmenge in Wasser gelöst und auf 200 ml aufgefüllt wurde?
a) 58.44g NaCl (Kochsalz)
b) 100 g C6H12O6 (Glucose)
c) 1.8g KH2PO4
d) 8.49 g AgNO3 (Silbernitrat)
23) Wie viele ml einer 4-molaren Schwefelsäure (H2SO4) benötigen sie, um eine Lösung
von 32 g NaOH in 250 ml Wasser zu neutralisieren? Stellen Sie die
Reaktionsgleichung auf. Wenn Sie die Lösung eindampfen, wieviel Gramm
Natriumsulfat (Na2SO4) bleiben übrig?
24) Sie haben 1 Liter einer 20%igen (Gewichtsprozent!) Salzsäure (Dichte: 1.0936
kg/Liter). Salzsäure ist in Wasser gelöster Chlorwasserstoff HCl.
a) Wie viele ml dieser halbkonzentrierten Salzsäure (HCl) benötigen sie, um eine
Lösung von 10 g NaOH in Wasser zu neutralisieren? Stellen Sie die
Reaktionsgleichung auf.
b) Wenn sie die Lösung aus der vorherigen Aufgabe eindampfen, wieviel Gramm
Kochsalz (NaCl) können sie daraus gewinnen?
25) Geben Sie die Oxidationszahlen der Elemente der folgenden Verbindungen an (siehe
Hilfe):
a) AgNO3
b) KH2PO4
c)
d)
e)
26) Sie können bei 0°C eine Lösung von 21.4 g Cer-III-sulfat Ce2(SO4)3 in 100 ml Wasser
herstellen. Wenn Sie diese Lösung auf 60°C erwärmen, fällt Ihnen ein Teil des Cer-IIIsulfats wieder aus und ihre Wägemessung der ausgefallenen, getrockneten Substanz
ergibt 17.53 g ausgefallenes Cer-III-sulfat.
a) Wie hoch ist die Molarität des Ce2(SO4)3 in der Lösung bei 0°C und bei 60°C?
27) Welche Wärmemenge (in kJ) ist erforderlich, um 55.5 mol H2O (fl) bei 1 atm von 0°C
auf 100°C zu erwärmen? Die spez. Wärme von H2O (fl) bei 1 atm beträgt in cal · g-1 ·
K-1: bei 0°C: 1.00738, bei 25°C: 0.99828, bei 50°C: 0.99854, bei 75°C: 1.00143, bei
100°C: 1.00697. Benutzen Sie den Mittelwert der spez. Wärme für die Berechnung.
Die Umrechnung cal in Joule erfolgt nach: 1 cal = 4.1840 J
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28) Welche Wärmemenge (in kJ) ist erforderlich, um 100 g Eis (H2O, f) von -30°C in
Wasserdampf bei 1 atm auf 130°C zu erwärmen? Die mittleren spezifischen Wärmen
betragen in cal · g-1 · K-1 für Eis: 0.48, für flüssiges Wasser: 1.00, für Wasserdampf:
0.48. Die Umwandlungswärmen für Eis-Wasser und für Wasser-Wasserdampf
betragen: H273 = + 6.0 kJ, H373 = + 41 kJ
29) Können Sie Absolutwerte der Enthalpie auf theoretischem oder experimentellem Weg
gewinnen?
i. A) nur theoretisch
ii. B) nur experimentell
iii. C) überhaupt nicht
iv. D) sowohl theoretisch als auch experimentell
v. E) Nur bei 0 K
30) Welche Bindungen finden sich bei Ethin (H-C C-H) zwischen den Kohlenstoffatomen
gemäß der Molekülorbitaltheorie?
i. A) 3 –Bindungen
ii. B) 3 –Bindungen
iii. C) 1 –Bindung und 2 –Bindungen
iv. D) 2 –Bindung und 1 –Bindungen
v. E) Keiner der obigen Bindungstypen
31) Helium kann als He-He Molekül vorkommen
weil
das bei der Bindung entstehende bindende und antibindende –Molekülorbital sich in
ihrer Wirkung verstärken.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------Hilfen für die Aufgaben 22 - 31
Element
Atommasse (g/mol)
H
1.01
C
12.01
N
14.01
O
16.00
F
19.00
Na
22.99
P
30.97
S
32.06
Cl
35.45
K
39.10
Al
26.98
Ce
140.12
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Ag
107.87
--------------------------1 mol = 6.022 x 1023 Teilchen
Molarität bzw. Stoffmengenkonzentration: Eine Lösung wird als 1-molar an Stoff X
bezeichnet, wenn 1 mol des Stoffes X in einem Volumen von 1 Liter eines
entsprechenden Lösungsmittels gelöst vorliegt (mol/l). Die Molalität bezieht sich auf
die Masse des Lösungsmittels (mol/kg).
Beispiel: 250-millimolare Lösung von NaF in 40 ml Wasser
NaF (Natriumfluorid) ist der Stoff X und Wasser ist das entsprechende
Lösungsmittel. 250-millimolar NaF in 1 Liter Wasser bedeutet 10.5 g pro Liter
und entsprechend in 40 ml sind es dann 420 mg NaF.
Als Gewichtsprozent bezeichnet man den Massenanteil einer Substanz x in einem
Stoffgemisch mit einer anderen Substanz y bzw. die relative Masse der Komponente x
an der Gesamtmasse des Stoffgemisches.
Beispiel: 10 Gew-% bedeutet 100
g einer Substanz in 1 kg des gesamten Stoffgemisches.
Oxidationszahl: Zur Bestimmung der Oxidationszahlen wendet man am besten die
folgenden Regeln an:
o Wasserstoff hat immer die Oxidationszahl +I, nur als Hydrid hat er -I
o Sauerstoff hat die Oxidationszahl -II (Ausnahme: Peroxide)
o Stickstoff hat meist die Oxidationszahl -III (häufige Ausnahme: Nitrate, Nitround Nitroso-Cruppen)
o Halogene haben die Oxidationszahl -I (Ausnahmen: oxidierte Halogene, z.B.
im Perchloratanion ClO4– hat das Chlor die Oxidationszahl +VII)
o benachbarte Kohlenstoffe verhalten sich neutral
o Die Summe der Oxidationszahlen der einzelnen Elemente muss die betreffende
Ladung der entsprechenden Verbindung ergeben (z.B. SO42–; O: –II, S: +VI 
+VI + 4x –II = –2
Wärmeberechnung: Q = c · m · T
(Q: Wärmemenge (J); c: spez. Wärme (JK-1kg-1); m: Masse (g); T: Temperatur (K)
Enthalpie
U: Innere Energie
T: absolute Temperatur
pV: Volumenarbeit
H: Enthalpie
V: Volumen
S: Entropie
p: Druck
Die Enthalpie ist ein Maß für die Energie eines thermodynamischen Systems und
folglich die Summe aus innerer Energie U und Volumenarbeit pV.
Daraus folgt:
H = U + pV

dH = dU + d(pV) = TdS – pdV + pdV + Vdp = TdS + Vdp
Erläuterung zu Aufgabe 31: Dieser Aufgabentyp besteht aus drei Teilen:
Teil 1: Aussage 1
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Teil 2: Aussage 2
Teil 3: Kausale Verknüpfung („weil")
Jeder der beiden Aussagen kann unabhängig von der anderen richtig oder falsch sein. Wenn beide
Aussagen richtig sind, so kann die Verknüpfung durch „weil" richtig oder falsch sein. Entnehmen Sie
den richtigen Lösungsbuchstaben nach Prüfung der einzelnen Teile dem nachfolgenden
Lösungsschema:
Antwort
A
B
C
D
E
Aussage 1
richtig
richtig
richtig
falsch
falsch
Aussage 2
richtig
richtig
falsch
richtig
falsch
Verknüpfung
richtig
falsch
-
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Lösungen der Aufgaben 22 - 31
22)
Zuerst Berechnung der Molgewichte der Substanzen:
NaCl (58.44 g/mol),
C6H12O6 (180.16 g/mol),
KH2PO4 (136.09 g/mol),
AgNO3 (169.87 g/mol).
Danach Umrechnung der Gewichtsmengen in Molmengen:
NaCl (1.00 mol), C6H12O6 (0.555 mol), KH2PO4 (0.0132 mol), AgNO3 (0.05 mol),
daraus ergeben sich die Konzentration wie: 5 M NaCl, 2.775 M Glucose, 66 mM
KH2PO4, 250 mM AgNO3
23)
H2SO4 + 2 NaOH  Na2SO4 + 2 H2O
32.0 g NaOH (m.w. 40.00 g/mol) entsprechen 0.8 mol; Schwefelsäure hat 2 Protonen
pro Schwefelsäuremolekül zur Verfügung, d.h. für die Neutralisierung reichen 0.4 mol
Schwefelsäure aus und dies sind bei einer 4-molaren Lösung 100 ml.
Bei dem entstehenden Natriumsulfat haben wir natürlich ebenfalls 0.4 mol und dies
bedeutet: 0.4 (mol) · 142.04 (g/mol) = 56.82 g
24)
Bei einer 20gew.%igen HCl enthält 1 kg Gesamtlösung 200 g HCl. Aus der Dichte
ergibt sich damit eine Konzentration von 218.72 g/l. HCl hat ein m.w. von 36.46 g/mol
und damit ist die Konzentration 6.00 mol pro Liter, sprich: 6-molar.
a) HCl + NaOH  NaCl + H2O
Um 0.25 mol NaOH zu neutralisieren, benötigen wir 0.25 mol HCl. Wir benötigen
folglich 41.67 ml der 6-molaren Salzsäure.
a) Wenn 0.25 mol NaOH zur Verfügung stehen, dann können sich nur 0.25 mol
NaCl bilden, und das sind 14.61 g.
25)
a) AgNO3
Ag: +I, N: +V, O: -II
b) KH2PO4
K: +I, H: +I, P: +V, O: -II
c) d) e) siehe Bild
:0
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c)
d)
e)
26)
m.w. von Ce2(SO4)3: 568.42 g/mol
Lösung in 100 ml Wasser bei 0°C: 0.377-molar
Lösung in 100 ml Wasser bei 60°C: 0.068-molar
27)
Nach Q = c · m · T folgt mit dem Mittelwert von c = 1.00252 cal · g-1 · K-1
einer Masse von 55.5 (mol) · 18.02 (g/mol) (das ist 1 kg!) und einem T von
100 K:
419.45 kJ
(inkl. Umrechnung cal – Joule)
28)
Erwärmung von -30°C auf 0°C: 0.48 · 100 · 30 = 1440 cal = 6025 J
Erwärmung von 0°C auf 100°C: 1.00 · 100 · 100 = 10000 cal = 41840 J
Erwärmung von 100°C auf 130°C: 0.48 · 100 · 30 = 1440 cal = 6025 J
Umwandlungswärmen f  fl und fl  g: 47000 J
Gesamte Wärmemenge als Summe: 100.89 kJ
29)
C ist richtig, Absolutwerte der Enthalpie können nicht ermittelt werden.
Berechnet werden können Reaktionsenthalpien oder allgemeiner formuliert
Standardbildungsenthalpien. Dabei handelt es sich um Differenzen ( H).
30)
C ist richtig
31)
E ist richtig. Bei einer Molekülbildung würde das energetisch günstigere
bindende und das energetisch ungünstigere antibindende Molekülorbital mit je
einem Elektronenpaar besetzt werden. Die Wirkung würde sich folglich
aufheben und eine Bindung käme nicht zustande.