Übungen zur Vorlesung für Studierende mit Chemie als Nebenfach

Übungen zur Vorlesung
ALLGEMEINE ANORGANISCHE CHEMIE
für Studierende mit Chemie als Nebenfach
Grundgrössen und Basiseinheiten
Basisgröße
Länge
Masse
Zeit
Elektrische Stromstärke
Temperatur
Stoffmenge
Name
SI-Einheit
Meter
Kilogramm
Sekunde
Ampere
Kelvin
Mol
m
kg
s
A
K
mol
Pascal
N
Joule
Watt
Hertz
Coulomb
Volt
c
Pa
1 Pa = 1 kg s–2 m–1 = 1 N m–2
1 N = 1 kg m s–2
J
1 J = 1 kg m2s–2 = 1 N m = 1 W s
W
1 W = 1 kg m2 s–3 = 1 J s–1
Hz
1 Hz = 1 s–1
C
1C=1As
V
1 V = 1 kg m2 A–1 s–3 = 1 W A–1
mol L–1
Abgeleitete SI-Einheiten
Druck
Kraft Newton
Energie
Leistung
Frequenz
Elektrische Ladung
Elektrische Spannung
Stoffmengenkonzentration
Atomare Masseneinheit 1 u = 1,660531 . 10–27 kg
Protonenmasse mp = 1,007277 u
Neutronenmasse mn = 1,008665 u
Elektronenmasse me = 0.0005486 u
Lichtgeschwindigkeit c = 2,998 . 108 m s –1
Avogadro-Konstante NA = 6,022 . 1023 mol–1
Planck-Wirkungsquantum h = 6,6261 . 10–34 Js
Faraday-Konstante F = 9,6484 . 104 C mol-1
Gaskonstante R = 8,3144 J K–1mol–1
Elektrische Elementarladung e = 1,6022 . 10–19 C
Elektrische Feldkonstante εo = 8,859 . 10–12 A2 s4 kg–1 m–3
2
1. ATOMISTIK, MASSE UND ENERGIEBEZIEHUNG
1.1.
Die atomare Masseneinheit u ist als der zwölfte Teil der Masse eines Atoms des
Kohlenstoffnuklids 12C definiert. Demnach ist die Masse eines 12C-Atoms, das aus 6
Protonen, 6 Neutronen und 6 Elektronen aufgebaut ist, exakt 12 u.
a) Berechnen Sie den Massendefekt bei der Synthese eines solchen Atoms aus den
Elementarteilchen!
b) Berechnen Sie die diesem Massendefekt pro Atom entsprechende Energiemenge
(in eV)!
c) Berechnen Sie diese Energie für 1 Mol 12C (in J mol–1)!
1.2
Bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff (C) mit Sauerstoff (O2) zu
Kohlendioxid (CO2) wird pro molarem Formelumsatz eine Energie von 393,68 kJ frei.
Welchem Massenverlust entspricht die Energiemenge pro Molekül (in u) bzw. pro
Mol (in kg)?
1.3
2.
Ergänzen Sie die Tabelle:
Symbol
Z
A
Protonen
Neutronen
Elektronen
Cs
Bi
...
Sn
Kr
...
55
...
56
...
...
8
133
209
138
...
84
...
...
83
...
...
...
...
...
...
...
70
48
8
...
...
...
50
...
10
KERNPROZESSE
2.1 Benennen Sie die Elemente und vervollständigen Sie die Gleichungen bei folgenden
Kernprozessen!
a)
238
92E
!!"
234
90E
+ ...
b)
228
88E
!!"
228
89E
+ ...
c)
9
4E
+ ...!!"
12
6E
+ 01n
3
2.2
Die Halbwertszeit des radioaktiven Zerfalls des Natriumisotops
24
11
Na beträgt 14.8 h.
Berechnen Sie die Zerfallskonstante und geben Sie an, nach welcher Zeit 90%, 99%
und 99,9% der Natriumkerne zerfallen sind.
2.3
Eine Holzprobe aus der Einbettung einer ägyptischen Mumie ergibt eine spezifische
Aktivität von 9.4 Zerfällen pro Minute und pro Gramm Kohlenstoff (14C-Zerfälle).
Wie alt ist der Behälter der Mumie?
(Lebende Organismen weisen eine Mischung von 14C und 12C auf, die 15.3 Zerfälle
pro Minute und Gramm Kohlenstoff ergibt. Halbwertszeit von 14C: 5,73 . 103 J.)
2.4
Gegenwärtig wird für die Energiegewinnung durch Kernfusion unter anderem auch
der folgende Prozess in Betracht gezogen:
6
3Li
+
2
1H
! 24
2 He + Energie
Wie gross wäre die dabei freigesetzte Energie (in MeV)? Wieviel Energie könnte aus 1
g 63Li gewonnen werden und welche Menge an Heizöl würde dieselbe Energie liefern?
[m(2H) : 2,0140 u; m(4He): 4,0026 u; m(6Li): 6,0151 u; Heizwert von Heizöl: ca
40'000 kJ/kg].
2.5
Der radioaktive Zerfall von Uran zu Blei verläuft in mehreren Zwischenstufen.
Ergänzen Sie in dieser Zerfallsreihe die fehlenden Angaben.
?
U !!
"
238
92
-
#
?
Th !!
!" ? !!
"
234
90
?
$
?
$
222
U !!
" 230
90Th !!" ? !!" 86Rn !!"
234
92
%
-
?
?
214
#
$
?
#
?
? !!
" 214
!" ? !!
" ? !!
" 210
!" ? !!
" 206
82Pb !!" 83Bi !!
83Bi !!
82Pb
3
STÖCHIOMETRIE, CHEMISCHE FORMELN UND GASGESETZE
3.1
Das Element Chlor besteht aus den Isotopen 35Cl und 37Cl; die molare Masse des Cl2Moleküls beträgt 71 g mol-1. In welchem Mengenverhältnis liegen die Isotope vor?
3.2
Ein Element besteht zu 60.10% aus einem Isotop der Masse 68.93 u und zu 39.90%
aus einem Isotop der Masse 70.925 u. Welche mittlere Atommasse kommt dem
Element zu? Um welches Element handelt es sich?
4
3.3
Die Elementaranalyse eines nur aus Chrom, Kohlenstoff und Sauerstoff bestehenden
Stoffes ergibt einen Massenanteil von 23.8% Cr sowie von 32.5% C (Fehlergrenze
0.3%). Ermitteln Sie die empirische Formel, wenn die relativen Atommassen wie folgt
gegeben sind:
C 12,01, O 16, 00 und Cr 52,00!
3.4
Ermitteln Sie die Massenanteile der einzelnen Elemente in KBrO3 unter Berücksichtigung der relativen Atommassen: K 39,10; Br 79,92 und O 16,00!
3.5
Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsgleichungen durch Einfügen der
stöchiometrischen Faktoren:
Ca3P2 + H2O
→
PH3 + Ca2+ + OH-
SiCl4 + H2O
→
SiO2 + HCl
NaN3 →
B10H14 + O2
→
Na3N + N2
B2O3 + H2O
3.6
Bei der vollständigen Verbrennung einer nur aus den Elementen C, H und O
bestehenden Verbindung werden 5,175 mg CO2 und 2,843 mg H2O erhalten. Wie
lautete die empirische Formel dieser Verbindung, wenn die Einwaage 2,364 mg
betrug? Die relativen Atommassen sind wie folgt angegeben: C 12,01; H 1,01 und O
16,00.
3.7
Ermitteln Sie den Kristallwassergehalt eines Salzes der Zusammensetzung CuSO4
x H2O (x ganzzahlig), wenn beim Erhitzen von 20,00 g der Substanz 7,21 g Wasser
verloren werden! Für die relativen Atommassen der Elemente sind einzusetzen: Cu
63,54, S 32,06; O 16,00 und H 1,01.
3.8
Eine Teflonprobe (Polytetrafluorethylen: (CF2-CF2)n) hat eine molare Masse von
100'000 g mol–1. Berechnen Sie den Polymerisationsgrad n unter Verwendung der
relativen Atommassen C 12,01; F 19,00!
3.9
Für eine Verbindung der Bruttoformel CH2S wird experimentell eine molare Masse
von 142 g mol–1 gefunden. Welche Summenformel weist das Molekül auf (Relative
Atommassen C 12,01; H 1,01; S 32,06)?
5
3.10
Berechnen Sie die molare Masse eines Gases, von dem 560 mL bei
Standardbedingungen 1,55 g wiegen!
3.11
Wieviele Liter Sauerstoff können bei Standardbedingungen aus 100 g KClO3
gewonnen werden?
4.
LÖSUNGEN, MOLARITÄT, MOLALITÄT, PARTIALDRUCK
4.1
Welche Masse an Glucose (C6H12O6) muß man zu 1 L wässriger Lösung auflösen, um
eine einmolare (1 M) Lösung zu erhalten? Die relativen Atommassen sind C 12,01, H
1,01 und O 16,00.
4.2
Geben Sie die Stoffmengenkonzentration (Molarität) einer wässrigen Natronlauge an,
die 19,999 g NaOH in 0,25 L Lösung enthält (Relative Atommassen: Na 22,99; O
16,00 und H 1,01)!
4.3
Wie groß sind die Stoffmengenanteile (Molenbrüche) der einzelnen Komponenten bei
einer Lösung von 12,0 g Dioxan (C4H8O2) und 12,0 g Aceton (C3H6O) in 2600 g
Wasser (Relative Atommassen C 12,01; O 16,00; H 1,01)?
4.4
Aus Eisen(II)sulfid, FeS, sollen mit Salzsäure 60 g gasförmiger Schwefelwasserstoff
H2S entwickelt werden. Wieviel g 35%ige Salzsäure (Massenanteil an HCl in der
Lösung 0.35) werden dazu benötigt? (Relative Atommassen S 32,06; Cl 35,45; H
1,01).
4.5
Ein Gemisch von 40.0 g Sauerstoff und 40.0 g Helium hat einen Druck von 90.0 kPa.
Welches ist der Partialdruck des Sauerstoffs?
5
ELEKTRONENKONFIGURATION
5.1
Geben Sie die Elektronenkonfiguration sämtlicher Edelgase an!
5.2
Geben Sie die Elektronenkonfiguration der Elemente K, Br, V und Nd in der
Kurzschreibweise an und kennzeichnen Sie die Valenzelektronen!
6
5.3
Die Elemente Ra, Cd und C bilden Ionen mit Edelgaskonfiguration bzw. mit
edelgasähnlicher Konfiguration. Geben Sie Formel und Elektronenkonfiguration in der
Kurzschreibweise an!
5.4
In den Salzen LaxOy, MgxNy, BaxBry und AlxCy weisen sowohl die Kationen als auch
die Anionen abgeschlossene (vollständig gefüllte oder völlig leere) Valenzschalen auf.
Ermitteln Sie die jeweiligen Werte für x und y.
5.5
Geben Sie bei den nachstehenden Paaren an, welches der beiden Teilchen jeweils den
größeren Radius hat: H/H-, La3+/Lu3+, Al3+/Na+, C/N, Fe2+/Fe3+, O2-/Se2-, Re/Ta!
5.6
Geben Sie bei den nachstehenden Paaren an, welches der beiden Atome die größere
(erste) Ionisierungsenergie aufweist: Be/Li, Ar/Cl, Ar/Na, Cs/Li!
5.7
Geben Sie bei den nachstehenden Paaren an, für welches der beiden Atome die
Elektronenaffinität jeweils stärker negativ ist: F/I, Cl/P, Na/Mg, Br/K.
6.
VALENZSTRICHFORMELN
6.1
Schreiben Sie die Valenzstrichformeln (mit Angabe freier Elektronenpaare und
eventueller Formalladungen) für folgende offenkettige Moleküle bzw. Molekülionen
auf: XeF6, H3O+, BF4-, PCl3, PCl5. Geben Sie an, welche Atome der Oktettregel
folgen und welche nicht!
6.2
Die Moleküle NF5 und SF6 widersprechen der Oktettregel; dennoch ist eines von
beiden existenzfähig. Geben Sie an, welches und warum!
6.3
Schreiben Sie die Valenzstrichformeln (mit Angabe freier Elektronenpaare und
eventueller Formalladungen) unter Beachtung möglicher Mehrfachbindungen und
cyclischer Strukturen für folgende Moleküle bzw. Molekülionen auf: HCN, Br2,
(CH3)3PO, (CH3)3NO, S8, CO, P4!
6.4
Schreiben Sie die Valenzstrichformeln (mit Angabe freier Elektronenpaare und
eventueller Formalladungen) unter Darstellung sämtlicher mesomerer Grenzstrukturen
für folgende Moleküle an: BF3, HN3, O3!
7
7
DER RÄUMLICHE BAU VON MOLEKÜLEN (VSEPR-MODELL)
7.1
Ermitteln Sie die Geometrie der nachstehenden Moleküle bzw. Molekülionen und
geben Sie die vollständigen Valenzstrichformeln an: XeF2, XeF4, XeF6, XeO64-,
OSF4, BrF3, IF5, IF6–, H2O, NH3, NH4+, NH2–!
7.2
Schreiben Sie die vollständigen Valenzstrichformeln in der richtigen
Molekülgeometrie und unter Berücksichtigung aller mesomeren Grenzstrukturen für
folgende Systeme auf: NO2–, NO2+, NO2, NO3–, CO2, CO32–, SO2, SO42–, ClF6+!
8
DER
RÄUMLICHE
BAU
18-ELEKTRONEN-REGEL
8.1
Ermitteln Sie für Koordinationsverbindungen aus einem Zentralmetall und einer
bestimmten Anzahl von Liganden für die nachfolgenden Beispiele diejenige
Zusammensetzung, bei der für das Zentralmetall die 18-Elektronen-Regel erfüllt ist!
a) Zentralmetall: Fe, Ligand CO
b) Zentralmetall: Cr, Ligand CO
c) Zentralmetall: Co3+, Ligand: H2O
d) Zentralmetall: Cd2+, Ligand NH3
8.2
Schreiben Sie die vollständige Valenzstrichformel in der richtigen Molekülgeometrie
und kennzeichnen Sie diejenigen, in welchen die 18-Elektronen-Regel erfüllt ist:
OsO4, PtF62–, [CuCl2]–, [AuBr4]–, W(CN)84–, Ni(CO)4.
8.3
Gold in der Oxidationsstufe V bildet mit Fluor ein komplexes Ion der
Zusammensetzung AuFxy–, in dem das Gold edelgaskonfiguriert ist. Ermitteln Sie die
VON
KOMPLEXVERBINDUNGEN
UND
DIE
Zusammensetzung, die Struktur und den Namen!
9
SYMMETRIE, DIPOLMOMENT
9.1
Schreiben Sie die Systeme SO3 (gasförmig) und SO2 in der richtigen Geometrie auf
und entscheiden Sie, welches System ein von Null verschiedenes Dipolmoment
aufweist.
8
9.2
Wie kann man anhand des experimentell bestimmbaren Dipolmoments zwischen den
beiden Stereoisomeren von 1,2-Difluorethylen, FHC=CHF, unterscheiden?
10
NOMENKLATUR
10.1
Von welchem Element (Symbol) leiten sich die Namen der nachstehenden Anionen
ab: Tantalat, Iodat, Pertechnat, Hypochlorit, Mercurat, Superoxid, Hexacyanoferrat?
10.2
Geben Sie die deutschen Namen folgender Elemente an: Ac, Sm, Sn, Tl, Fe, Hg!
10.3
Geben Sie das Elementsymbol für folgende Grundstoffe an: Gold, Antimon, Yttrium,
Magnesium, Mangan, Kupfer!
10.4
Schreiben Sie die Formeln folgender Verbindungen auf: Chloro-pentammincobalt(III)
sulfat,
Kalium-tetrachloroiodat(III),
Methyldichloro-sulfonium-tetrafluoroborat,
Dinatrium-tetracyanonickelat, Diammin-dichloroplatin(II).
10.5
Nennen Sie einen zulässigen Namen für folgende Verbindungen oder Ionen: [FeCl4]2-,
NH4H2PO4 [PCl4][PCl6]!
11
FESTKÖRPER
11.1
Welche ausgezeichneten Zwischengitterplätze treten bei dichtester Kugelpackung auf?
11.2
Wie groß ist die Raumausfüllung (in%) im kubisch-primitiven Gitter?
11.3
Geben Sie Koordinationszahlen für das kubisch-primitive, das kubisch-raumzentrierte
und das kubisch-flächenzentrierte Gitter an!
11.4
Eisen kristallisiert unterhalb von 906° im kubisch-raumzentrierten Gitter (α-Fe),
oberhalb dieser Temperatur im kubisch-flächenzentrierten Gitter(γ-Fe). Berechnen Sie
das Dichteverhältnis beider Eisentypen bei 906° unter der Annahme, daß der Abstand
nächster Nachbarn in beiden Formen gleich ist!
11.5
In den Cäsiumchlorid-Struktur bilden die Cs+- und die Cl--Ionen kubisch-primitive
Teilgitter, die in Richtung der Raumdiagonalen um den Translationsbetrag 1/2, 1/2,
9
1/2 versetzt sind. Wie groß ist das theoretische Radienverhältnis rCs+/rCl– ? Hinweis:
Untersuchen Sie die Geometrie eines Cäsiumions in Kontakt mit 8 sich berührenden
Chloridionen!
11.6
Ein ternäres Oxid kristallisiert in einer kubischen Elementarzelle (a = 400 pm), in der
folgende Punktlagen besetzt sind: MI2+: 0, 0, 0; MII4+: 1/2, 1/2, 1/2; O2–: 1/2, 0, 1/2
0, 1/2, 1/2 1/2, 1/2, 0.
a) Bestimmen Sie die Zusammensetzung der Verbindung!
b) Ermitteln Sie die Zahl der Formeleinheiten pro Elementarzelle!
c) Bestimmen Sie die Koordinationszahlen von MI2+ bzw MII4+ durch O2–!
d) Geben Sie an, wieviele nächste MI-, MII- und O-Nachbarn die Oxidionen haben!
e) Bestimmen Sie die Bindungslängen MI-O und MII-O!
12
THERMODYNAMIK
12.1
Ermitteln Sie die Gitterenthalpie von MgCl2 nach dem Born-Haber Kreisprozeß aus
folgenden Daten: !H of (MgCl2) = -641, !H oD (Cl2) = 243, !H oEA = -358, !H oS (Mg) =
169, !H oI (1+2) (Mg) = 2190 (alle Werte in kJ/mol)!
12.2
Diboran B2H6 kann nicht direkt aus den Elementen erzeugt werden Berechnen Sie
seine Standardbildungsenthalpie aus folgenden Reaktionsenthalpien:
4 B(s) + 3 O2(g)
→
2 B2O3(s)
ΔH = -2509,1 kJ
2 H2(g) + O2(g)
→
2 H2O(l)
ΔH = -571,6 kJ
B2H6(g) + 3 O2(g) →
B2O3(s) + 3 H2O(l) ΔH = -2147,5 kJ
12.3 Berechnen Sie die Entropieänderung !S or für die folgenden Reaktionen aus den
angegebenen Daten bei 298K:
a) S(f) + O2(g) → SO2(g)
!H of (SO2(g)) = -297 kJ/mol
!G or = -300 kJ/mol
b) 1/2 H2(g) + 1/2 Cl2(g) → HCl(g)
So(Cl2(g)) = 223 J k-1 mol-1
S°(HCl(g)) = 188 J k-1 mol-1
S°(H2(g)) = 131 J k-1 mol-1
10
12.4
Ozon (O3) wird in den oberen Schichten der Atmosphäre aus O2 durch UV-Strahlung
gebildet (ΔHf = +142,3 kJ/mol). Berechnen Sie die mittlere Bindungsenthalpie einer
O-O Bindung in Ozon, wenn die Disoziationsenergie von O2 498 kJ/mol beträgt!
12.5
Berechnen Sie die freie Reaktionsenthalpie !G or für die beiden nachstehenden
Reaktionen aus den angegeben Daten!
a) 2 NaF(s) + Cl2(g) → 2 NaCl(s) + F2(g)
b) PbO2(s) + 2 Zn(s) → Pb(s) + 2 ZnO(s)
!H of (in kJ/mol): NaF –569; NaCl –411; PbO2 –277; ZnO –348
S° (in J K–1 mol–1): NaF 59; Cl2 223, NaCl 72; F2 203; PbO2 77; Zn 42; Pb 65; ZnO
43
12.6
Für die nachstehende Reaktion beträgt bei Standardbedingungen (25°C = 298.15K;
1 atm = 1.01325 bar) die Reaktionsenthalpie !H or = –199 kJ/mol, die freie
Reaktionsenthalpie !G or = -191 kJ/mol. Berechnen Sie die Entropieänderung !S or (in
J k-1 mol-1) und machen Sie eine Aussage über den relativen Ordnungsgrad von
Produkten und Edukten!
2 Ag(s) + Br2(l)
12.7
→
2 AgBr(s)
Nimmt die Entropie bei den folgenden Reaktionen zu oder ab?
a) 2 CO(g) + O2g)
→
2 CO2(g)
b) Mg(s) + Cl2(g)
→
MgCl2(s)
c) Al(s)
→
Al(l)
d) I2(s)
→
I2(g)
e) CH4(g) + 2 O2(g) →
CO2(g) + 2 H2O(l)
13
CHEMISCHES GLEICHGEWICHT
13.1
Phosphortrichlorid und Chlor stehen im Gaszustand mit Phosphorpentachlorid im
Gleichgewicht. Die Standard-Bildungsenthalpien !H of betragen für PCl3 - 306,3 und
für PCl5 -399,2 kJ/mol. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und geben Sie an,
11
welchen Einfluß die folgenden Bedingungen auf die Stoffverteilung im Gleichgewicht
ausüben!
a) Erhöhung der Temperatur
b) Erhöhung des Drucks
c) Erhöhung der Cl2-Konzentration
d) Erhöhung der PCl5-Konzentration
e) Zusatz eines geeigneten Katalysators
13.2
In einem Autoklaven (Rauminhalt 12 L) wird PCl5 bei einem Druck von 3 bar auf
250° erhitzt. Das sich einstellende Gleichgewicht enthält 0,21 mol PCl5, 0,32 mol
PCl3 und 0,32 mol Cl2. Bestimmen Sie die Gleichgewichtskonstanten Kp, Kc, und Kx
für die Dissoziation von Phosphorpentachlorid bei 250°C!
13.3
Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante Kp für die Dimerisierung von NO2, wenn
die Gleichgewichtskonstanten K'p für die Bildung von NO2 aus den Elementen mit
10–18,05 atm-1 sowie K''p für die Bildung von N2O4 aus den Elementen mit 10-17,16
atm–2 (alle Werte bei T = 298,15K) gegeben sind!
13.4
Die Löslichkeit von La(IO3)3 in Wasser beträgt cL = 6,9 . 10-4 mol/L. Berechnen Sie
das Löslichkeitsprodukt!
13.5
Für PbSO4 und MgNH4PO4 sind die pL-Werte mit 7,80 bzw. 12.60 angegeben.
Ermitteln Sie die Löslichkeit dieser Salze in Wasser (in mol/L)!
13.6
Das Löslichkeitsprodukt von Silberchromat beträgt 4,05 . 10–12 mol3 L–3. Die molare
Masse von Ag2CrO4 ist 331,7 g mol–1. Berechnen Sie die Löslichkeit von
Silberchromat in mg/L.
a) in reinem Wasser
b) in einer 10–3 M Natriumchromatlösung!
13.7
Eine Lösung enthält 4 . 10–5 mol/L Silberionen. Welche Bromidionen-Konzentration
muß (bei Zusatz von NaBr-Lösung) überschritten werden, damit AgBr ausfällt
(Löslichkeitsprodukt Lp = 4,1 . 10-13 mol2 L–2)?
13.8
Von Thalliumbromid sind in 100 ml Wasser 0.0476 g löslich, von Thalliumiodid
0.0063 g. Berechnen Sie die Ionenkonzentration einer Lösung, die für beide Salze
gesättigt ist. Die relativen Molmassen betragen: Tl 204,38, Br 79,90, I 126,90.
12
14
SÄUREN UND BASEN
14.1
Bestimmen Sie das Ausmaß der Protolyse (in%) einer 0.5 M Essigsäurelösung (KS =
1,76 . 10-5 mol/L)!
14.2
Die zweite Dissoziationsstufe der Phosphorsäure hat einen pKs-Wert von 7,21.
Welches Verhältnis der molaren Konzentration von primärem Phosphat, H2PO4– zu
sekundärem Phosphat HPO42– muß man wählen, um einen pH-Wert von genau 7,00
zu erreichen?
14.3
Welchen pH-Wert hat ein Puffer, der 0,2 molar an Ammoniak und 0,4 molar an
Ammoniumchlorid ist? KB = 1,76 . 10-5 mol/L.
14.4
Eine Pufferlösung aus 0,1 mol CH3COOH und 0,1 mol CH3COONa in 1 L hat einen
pH-Wert von 4,76 (KS = 1,76 . 10-5 mol/L).
a) Wie ändert sich der pH-Wert, wenn 0.001 mol/L HCl hinzukommen?
b) Wie groß wäre der Effekt, wenn die 0,1 M Essigsäure nicht gepuffert wäre?
14.5
Auf welchem Vorgang beruht die saure Wirkung einer wässrigen Lösung von
Essigsäure? Welche Konzentration muß eine Essigsäure haben, damit die Hydroniumkonzentration 3,5 . 10-4 mol/L beträgt? Wie groß ist der pH-Wert dieser Lösung? (pKs
= 4,75).
14.6
Geben Sie bei den nachfolgenden Teilchen an, ob es sich dabei im Sinne von Brønsted
um eine Säure oder um eine Base handelt, und schreiben Sie die jeweils dazu
korrespondierenden Basen und Säuren auf: H2SO4, [HSO4]–, NO2–, [Al(H2O)6]3+.
14.7
Man berechne den pH-Wert einer Lösung, die durch Zusammengeben von 500 ml HCl
der Konzentration 0,1 mol/l und 1500 ml NaOH der Konzentration 0.05 mol/L
erhalten wird.
14.8
Ein unbekannter Student nimmt eine unbekannte Menge einer unbekannten Säure,
verdünnt mit einer unbekannten Menge Wasser und titriert mit Natronlauge
unbekannter Konzentration. Nach einer Laugenzugabe von 10.00 mL wird ein pH von
5.00 gemessen. Er setzt die Titration fort und stellt fest, daß der Äquivalenzpunkt nach
13
Zugabe von insgesamt 22,22 mL NaOH erreicht ist. Wie groß ist Ks der unbekannten
Säure?
15
REDOXPROZESSE
15.1
Bestimmen Sie die Oxidationszahl des Metalls in folgenden Verbindungen: CaF2,
SnO2, LiH, [Ag(NH3)2]+, Ni(CO)4, K4[Fe(CN)6].
15.2
Bestimmen Sie Oxidationszahlen aller Atome in folgenden Verbindungen:
H3C-CH2-CH2-CH3, N3–, O3, [MnO4]3–, [SeCl6]2–, F-C≡C-F, Hg22+!
15.3
Vervollständigen Sie folgende Redox-Gerüstgleichungen:
a) MnO4– + H3O+ + Fe2+ = Mn2+ + Fe3+
b) MnO4– + H3O+ + H2O2 = MnO2 + O2
c) Cu2+ + I– = CuI + I3–
d) Cl2 + H2O = OCl– + Cl–
15.4
Kann Fe3+ in wässriger Lösung Br- zu Br2 oxidieren, wenn die an der Reaktion
beteiligten Ionen jeweils in der Konzentration 1 mol/L vorliegen? Die
Normalpotentiale sind mit E°(Fe3+/Fe2+) = 0,777 V und E°(Br2/Br-) = 1,065 gegeben.
15.5
Stellen Sie anhand der Normalpotentiale E°(Cu2+/Cu) = 0,337 V und E°(Cu+/Cu) =
0,521 V fest, ob Cu+-Ionen in wässriger Lösung stabil sind oder ob sie in Cu2+-Ionen
und metallisches Cu disproportionieren! Formulieren Sie die Disproportionierungsreaktion!
15.6
Berechnen Sie die elektromotorische Kraft eines Daniell-Elements (galvanische Kette
aus den beiden Halbzellen Zn2+/Zn und Cu2+/Cu) , wenn bei 25°C die
Konzentrationen an Zn2+- und Cu2+-Ionen 10–1 bzw 10–9 mol/L betragen! Die
Normalpotentiale der Halbzellen sind mit E°(Cu2+/Cu) = 0,337 V und E°(Zn2+/Zn) = 0,763 V angegeben.
14
15.7
Um welchen Betrag wird das Oxidationsvermögen der MnO4–/Mn2+-Halbkette
verringert, wenn die Hydroniumionen-Konzentration von 1 mol/L auf 10-4mol/L
herabgesetzt wird? Formulieren Sie die Redoxgleichung!
15.8
Welche Potentialdifferenz hat die galvanische Kette aus zwei Wasserstoffelektroden,
von denen eine einen pH-Wert von 8, die andere von 2 aufweist
(Konzentrationskette)?
15.9
Entwickeln Sie für die nachstehenden Redoxsystempaare vollständige Reaktionsgleichungen für wässrige Lösungen! Geben Sie außerdem an, welche Prozesse pHabhängig sind und ob diese in saurer oder alkalischer Lösung besser von links nach
rechts ablaufen!
a) Cr2O72–/Cr3+ und H2S/S8
b) HO2–/OH– und S2–/SO42–
c) NO3–/NO und Cu/Cu2+
d) H2O/H2 und Zn/Zn(OH)42–
e) PbO2/PbSO4 und Mn2+/MnO4–
f) Br2/Br– und Mn2+/MnO4–
g) H3O+/H2 und Al/Al3+