Übung zu den Vorlesungen Organische und

Übung zu den Vorlesungen Organische
und Anorganische Chemie
für Biologen und Humanbiologen 07.11.08
- Lösungen 1. Vervollständigen Sie die Reaktionsgleichungen und benennen Sie alle Verbindungen und Elemente.
2
Ag
+
Silber
4 Fe
+ 3
Eisen
2 P2 O5
+ 6
Phosphorpentoxid
H2
+
Wasserstoff
B2 O3
+ 3
Boroxid
S
Schwefel
O2
Sauerstoff
H2 O
Wasser
Cl2
Chlor
H2 O
Wasser
−→
3
FeS
Eisensulfid
+
5
O2
Sauerstoff
−→
2
Al
+
Aluminium
3
MgO
−→
Magnesiumoxid
Al2 O3
+ 3 Mg
Aluminiumoxid
Magnesium
CO2
−→
Kohlendioxid
CaCO3
+
Caliciumcarbonat
H2 O
Wasser
Ca(OH)2
+
Calciumhydroxid
2
−→
2
−→
4
−→
2
−→
2
Ag2 S
Silbersulfid
Fe2 O3
Eisen(III)oxid
H3 PO4
Phosphorsäure
HCl
Chlorwasserstoff
B(OH)3
Borsäure
Fe3 O4
+ 3
Eisen(II,IV)oxid
SO2
Schwefeldioxid
NaBH4
+ 2 H2 O
Natriumborhydrid Wasser
−→
4
H2
+
Wasserstoff
NaBO2
Natriumborat
Li
Lithium
−→
2
LiOH
+
Lithiumhydroxid
H2
Wasserstoff
+
2
H2 O
Wasser
2
HCl
+
Chlorwasserstoff
NaOH
−→
Natriumhydroxid
NaCl
+
Natriumchlorid
H2 SO4
+
Schwefelsäure
Ba(OH)2
−→
Bariumhydroxid
BaSO4
+
Bariumsulfat
CH3 COOH +
Essigsäure
NaOH
−→
Natriumhydroxid
CH3 COONa +
Natriumcacetat
H2 O
Wasser
CaCO3
+ 2 HCl
−→
Calciumcarbonat
Chlorwasserstoff
CaCl2
+
Calciumchlorid
H2 CO3
Kohlensäure
CaH2
+
Calciumhydrid
2
H2 O
Wasser
−→
Ca(OH)2
+ 2
Calciumhydroxid
H2
Wasserstoff
Na
Natrium
2
H2 O
Wasser
−→
NaOH
+
Natriumhydroxid
H2
Wasserstoff
Ag
Silber
FeNO3 SO4
Eisen(III)nitratsulfat
+
FeSO4
+
Eisen(II)sulfat
2
AgNO3
−→
Silbernitrat
2
H2
+
O2
−→
Wasserstoff
Sauerstoff
NH3
+
HCl
−→
Ammoniak
Chlorwasserstoff
2 Al
+ 3 S
−→
Aluminium
Schwefel
2
H2 O
Wasser
2
+
H2 O
Wasser
NH4 Cl
Ammoniumchlorid
Al2 S3
Aluminiumsulfid
2. Berechnen Sie die molaren Massen der folgenden Verbindungen.
• Natriumhydroxid
M(NaOH) = M(Na) + M(O) + M(H)
M(NaOH) = 23 g/mol + 16 g/mol + 1 g/mol
M(NaOH) = 40 g/mol
• Salzsäure
M(HCl) = M(H) + M(Cl)
M(HCl) = 1 g/mol + 35 g/mol
M(HCl) = 36 g/mol
• Silberchlorid
M(AgCl) = M(Ag) + M(Cl)
M(AgCl) = 108 g/mol + 35 g/mol
M(HCl) = 143 g/mol
• Silbernitrat
M(AgNO3 ) = M(Ag) + M(N) + 3 * M(O)
M(AgNO3 ) = 108 g/mol + 14 g/mol + 3 * 16 g/mol
H2 O
Wasser
M(AgNO3 ) = 170 g/mol
• Aluminiumsulfid
M(Al2 S3 ) = 2 * M(Al) + 3 * M(S)
M(Al2 S3 ) = 2 * 27 g/mol + 3 * 32 g/mol
M(Al2 S3 ) = 150 g/mol
• Wasser
M(H2 O) = 2 * M(H) + M(O)
M(H2 O) = 2 * 1 g/mol + 16 g/mol
M(H2 O) = 18 g/mol
• Natriumsulfat
M(NaSO4 ) = M(Na) + M(S) + 4 * M(O)
M(NaSO4 ) = 23 g/mol + 32 g/mol + 4 * 16 g/mol
M(NaSO4 ) = 119 g/mol
3. Bestimmen Sie die Oxidationszahl (Wertigkeit) der einzelnen Elemente in den folgenden Verbindungen.
H2 +I O-II
H2 +I S+VI O4 -II
H2 +I O2 -I
Na+I O-II Cl+I
Na+I Cl-I
Ca+II F2 -I
K3 +I [Fe+III (C+II N-III )6 ]
Fe+II S+VI O4 -II
Ba+II Cl2 -I
N-III H3 +I
Ca+II H2 -I
H+I N+V O3 -II
Al+III Cl3 -I
C+IV O2 -II
Al2 +III S3 -II
C-IV H4 +I
4. Bestimmen Sie die Summenformel der folgenden Verbindungen, zeichnen Sie anschließend die Strukturformeln und erläutern Sie die Bindigkeit der einzelnen Atome.
• Schwefelsäure H2 SO4 Bindigkeiten: H = 1, S = 6, O = 2
• Schwefelwasserstoff H2 S Bindigkeiten: H = 1, S = 2
• Ammoniak NH3 Bindigkeiten: N = 3, H = 1
• Kohlendioxid CO2 Bindigkeiten: C = 4, O = 2
• Kohlenmonoxid CO Bindigkeiten: C = 3, O = 3
– Definition: Unter der Bindigkeit versteht man die Anzahl an (Atom-)
Bindungen, die von einem Atom eingegangen werden. Sie wird in Lewisoder Strukturformeln durch die Anzahl der Valenzstriche, ausgehend von
einem Atom, ausgedrückt.
5. Wie viel g Kochsalz und wie viel mL Wasser werden benötigt um 0,5 L isotonische
Kochsalzlösung (0,9 Gew.% NaCl, spez. Masse bzw. Dichte von 1,0046 g/mL)
herzustellen?
• Isotonische Kochsalzlösung enthält 0,9 Gew% Kochsalz.
• 0,5 L dieser Lösung entsprechen NICHT 500 g, da die Dichte der Lösung nicht
1 g/mL ist, sondern 1,0046 g/mL.
D.h. 500 mL entsprechen 500mL · 1, 0046g/mL = 502, 3g
• Von diesen 502,3 g Lösung müssen 0, 9% ≡
502,3g
100
· 0, 9 = 4, 52g Kochsalz sein.
• Der Rest 502, 3g − 4, 52g = 497, 78g ≡ 497, 78mL ist Wasser.
⇒ Man benötigt 4,52 g Kochsalz und 497,78 mL Wasser für 0,5 L isotonische
Kochsalzlösung.
6. Wie viel mL Eisessig (100 % Essigsäure) und wie viel mL Wasser braucht man um
400 mL Essigessenz für den Küchengebrauch (25 Vol% Essigsäure) herzustellen?
• Von 400 mL sollen 25% ≡
400mL
100
· 25 = 100mL Essig sein.
• Die restlichen 400mL − 100mL = 300mL sind Wasser.
⇒ Man benötigt 100 mL Eisessig und 300 mL Wasser für 400 mL Essigessenz.
7. In der Mikrobiologie wird 70 Vol% Alkohol verwendet um Arbeitsflächen und Utensilien zu desinfizieren, da diese Alkoholkonzentration die besten antimikrobiellen
Eigenschaften hat. An der Chemikalienausgabe erhält man allerdings nur „reinen“
Alkohol (96 Vol%).
a) Wie viel mL Wasser muss man zu 200 mL des „reinen“ Alkohols geben um
für mikrobiologische Zwecke brauchbaren 70 Vol% Alkohol zu erhalten?
• 200 mL „reiner“ Alkohol enthalten 96 Vol% ≡ 200mL
· 96 = 192mL Alko100
hol.
• Diese 192 mL entsprechen 70 Vol% der herzustellenden Lösung. Das Gesamtvolumen dieser ist damit 192mL
· 100 = 274, 3mL
70
⇒ Zu den 200 mL des „reinen“ Alkohols müssen noch 274, 3mL − 200mL =
74,3mL Wasser zugegeben werden um 70 Vol% Alkohol zu erhalten.
b) Wie viel mL des „reinen“ Alkohols muss man mit wie viel mL Wasser verdünnen um 200 mL 70 Vol% Alkohol zu erhalten?
• In den 200 mL des 70 Vol% Alkohols müssen 70% ≡ 200mL
· 70 = 140mL
100
Alkohol enthalten sein.
·
• Vom „reinen“ Alkohol, d.h. dem 96 Vol% Alkohol, werden daher 140mL
96
100 = 145, 83mL benötigt.
• Zusätzlich braucht man noch 200mL − 145, 83mL = 54, 16mL Wasser.
⇒ Für 200 mL 70 Vol% Alkohol müssen 145,83 mL 96 Vol%iger Alkohol mit
54,16 mL Wasser gemischt werden.
8. Wieviel g Natriumhydroxid wird benötigt um 0,75 L einer 2 molaren Lösung herzustellen?
• Die molare Masse von Natriumhydroxid (NaOH) entspricht M(NaOH) = 40
g/mol.
• Eine 2 molare Lösung enthält 2 mol/L NaOH. 0,75 L 2 molare Lösung ent· 0, 75L = 1, 5mol NaOH.
halten also 2mol
1L
• 1,5 mol NaOH entsprechen
40g
1mol
· 1, 5mol = 60g
⇒ Man benötigt 60 g Natriumhydroxid für 0,75 L einer 2molaren Lösung.
9. Konzentrierte Salzsäure hat einen HCl-Gehalt von 37 % (Dichte 1,19 g/mL). Bestimmen sie die Molarität und die Normalität dieser Lösung. Wie viel mL konz.
Salzsäure und wie viel mL Wasser werden benötigt um 1 L 2 molare Salzsäure
herzustellen?
• Definition: Die Molarität oder Stoffmengenkonzentration c bezeichnet den
Quotienten aus Stoffmenge n eines gelösten Stoffes x im Volumen V eines
Lösungsmittel LM. Die Molarität wird in mol/L angegeben.
nx
mol
⇒ cx =
[cx ] =
VLM
L
• Definition: Die Normalität oder Äquivalentkonzentration ist eine spezielle
Stoffmengenkonzentration. Der Stoff ist in diesem Fall jedoch nicht ein ganzes
Molekül, Ion oder Atom, sondern ein für die betrachtete Reaktion bestimmtes
Teilchen bzw. Äquivalent. Für z.B. Neutralisationen ist es ein Proton, für
Redoxreaktionen ein Elektron. Die Konzentrationsangabe wird auf die Anzahl
z dieser Teilchen bzw. Äquivalente bezogen. Bei z = 2 ist die Normalität
doppelt so groß wie die Molarität.
• Die molare Masse von Chlorwasserstoff (HCl) entspricht M(HCl) = 36,5
g/mol.
• 1 L konzentrierte Salzsäure antspricht 1, 19g/mL · 1000mL = 1190g.
• 1 L bzw. 1190 g enthalten somit 37% ≈
1190g
100
· 37 = 440, 3g HCl.
440,3g
• 440,3 g HCl entsprechen 36,5g/mol
= 12, 06mol. HCl enthält ein Äquivalent
Protonen z = 1 (Neutralisationsreaktion).
⇒ Die Normalität ist hier gleich der Molarität. Die betragen beide 12,06 mol/L.
· 1L = 2mol HCl.
• 1 L 2 molare Salzsäure enthält 2mol
1L
konzentrierte Salzsäure enhalten diese 2 mol HCl.
2mol
12,06mol
· 1L = 0, 166L
⇒ Füllt man 166 mL konzentrierte Salzsäure mit 1000mL − 166mL = 834 mL
Wasser auf, erhält man 1 L 2 molare Salzsäure.
10. Konzentrierte Schwefelsäure hat meist einen Gehalt von 98% (Dichte 1,84 g/mL).
Bestimmen sie die Molarität und die Normalität dieser Lösung. Wie viel mL konz.
Schwefelsäure und wie viel mL Wasser werden benötigt um 0,5 L 4 molare bzw.
normale Schwefelsäure herzustellen.
• Die molare Masse von Schwefelsäure (H2 SO4 ) entspricht M(H2 SO4 ) = 98
g/mol.
• 1 L konzentrierte Schwefelsäure antspricht 1, 84g/mL · 1000mL = 1840g.
• 1 L bzw. 1840 g enthalten somit 98% ≈
1840g
100
· 98 = 1803, 2g H2 SO4 .
= 18, 4mol H2 SO4 enthält 2 Äquivalente
• 1803,2 g H2 SO4 entsprechen
Protonen z = 2 (Neutralisationsreaktion).
1803,2g
98g/mol
⇒ Die Molarität ist 18,4 mol/L. Die Normalität ist hier mit 36,8 mol/L doppelt
so hoch.
·0, 5L = 2mol H2 SO4 .
• 0,5 L 4 molare Schwefelsäure enthalten 4mol
1L
0, 11L konzentrierte Schwefelsäure enhalten diese 2 mol H2 SO4 .
2mol
·1L
18,4mol
=
⇒ Füllt man 110 mL konzentrierte Schwefelsäure mit 500mL − 110mL = 390 mL
Wasser auf, erhält man 0,5 L 4 molare Schwefelsäure.