0.III - IMN/HTWK

0.3
Formeln, Gleichungen, Reaktionen
● Aussage von chemischen Formeln
Formeln von ionischen Verbindungen
s. 0.6
- Metallkation, ein- oder mehratomiges Anion
- Formel entsteht durch Ausgleich der Ladungen
- Bildung eines Ionenkristalls
- Berechnung einer Formelmasse
Formeln von molekularen Verbindungen
s. 0.6
- kovalente Bindungen zwischen Nichtmetallen
- Formel resultiert aus der kovalenten Wertigkeit
(Beachtung Oktettregel)
- Berechnung einer Molekülmasse
Name von Ionenverbindungen
Kation:
deutscher Name
Mg2+
Cu+
Cu2+
NH4+
OH3+
Magnesium-Ion
Kupfer(I)-Ion
Kupfer(II)-Ion
Ammonium-Ion
Oxonium-Ion
Anion:
Lateinischer Name
(z. T. gekürzt + id)
ClO2S2-
N3-
Chlorid-Ion
Oxid-Ion
Sulfid-Ion
Nitrid-Ion
OHCN-
Hydroxid-Ion
Cyanid-Ion
MgCl2
Cu2O
Magnesiumchlorid
Kupfer(I)-oxid
Ionenverbindung:
Formel von Ionenverbindungen
Ionen:
Ausgleich der Ladungen:
Formel:
Al3+
O2-
2 Al3+ 3 O2Al2O3
Name von kovalenten Verbindungen
Einige Abweichungen zu Ionenverbindungen
Regulär Verwendung von griechischen Zahlwörtern:
mono- 1 (meist weggelassen)
tetra- 4
di2
penta- 5
tri3
hexa- 6
Daneben auch Trivialnamen:
Wasser, Ammoniak
Elektropositives Element:
deutscher Name
S
H
Schwefel
Wasserstoff
Elektronegativeres Element:
lateinischer Name,
(z. T. gekürzt + id)
O
Cl
Oxid
Chlorid
Kovalente Verbindung:
SO2 Schwefeldioxid
H2O Diwasserstoffoxid
Wasser
Formel von kovalenten Verbindungen
Namen:
Schwefeltrioxid
SO3
Grundlage:
kovalente Wertigkeit entsprechend
Oktettregel
s. 2.2
Ionische Verbindungen (∆ χ > 1,7;
Name
s. 2.2)
Formel
Calciumfluorid
CaF2
Mangan(IV)-oxid
MnO2
Aluminiumsulfat
Al2(SO4)3
Kovalente Verbindungen (∆ χ < 1,7;
s. 2.2)
Name
Formel
Schwefelwasserstoff (Trivialname)
H 2S
Distickstoffpentoxid
N2O5
Phosphortrichlorid
PCl3
● Aussage von Reaktionsgleichungen
Chemische Reaktionsgleichungen geben durch
die Formeln der beteiligten Substanzen an,
welche Reaktanten (Edukte) sich zu welchen
Produkten umsetzen.
Unterschiede von kovalenten (Moleküle) und
ionischen Verbindungen (Ionenkristalle) beachten
Koeffizienten vor den Formeln geben die Zahl
der beteiligten Moleküle bzw. die Molzahlen an
der Umsetzung an.
Chemische Bruttogleichungen informieren über
Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte und nicht
über den Reaktionsmechanismus.
● Aufstellen von Reaktionsgleichungen
Formulierung von Reaktionsgleichungen
- Formeln aller Reaktanden, ein Pfeil und Formeln der Produkte notieren
- Aggregatzustand der Reaktionspartner kann in
Klammern angegeben werden (g, l, s), wässrige
Lösungen durch (aq)
- Gleichung schrittweise durch geeignete Wahl
von Koeffizienten ausgleichen
Nach Überprüfung der Stoffbilanz muss die
Anzahl der Atome bzw. Mole jedes beteiligten
Elements auf beiden Seiten der Gleichung
übereinstimmen.
Sind Ionen an der Umsetzung beteiligt, ist eine
Überprüfung der Ladungsbilanz notwendig.
Vollständige Verbrennung von Wasserstoff
1. Chemische Umsetzung
Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser
2. Symbole und Formeln mit Reaktionspfeil verbinden
H 2O
H2 + O2
Aggregatzustand kann vermerkt werden
H2(g) + O2(g)
H2O(g) oder (l)
3. Stoffbilanz durch kleinstmögliche, ganzzahlige
Koeffizienten korrigieren, zunächst bei der
Verbindung mit der höchsten Anzahl gebundener
Atome beginnen
2 H2O(g)
H2(g) + O2(g)
2 H2(g) + O2(g)
2 H2O(g)
H2O(g)
Ausnahme: H2(g) + ½ O2(g)
z. B. für Bildungsenthalpie ∆HB (s. 3.3)
4. Überprüfung der Atome/Atomgruppen auf beiden
Seiten der Gleichung
2 H2(g) + O2(g)
4H +2O
2 H2O(g)
= 4H+2O
Ladungsbilanz entfällt
5. Gleichung lautet:
2 H2(g) + O2(g)
2 H2O(g)
6. Keine Aussage zum Reaktionsmechanismus
E
H2
2 H⋅
H⋅ + O2
⋅OH + O⋅
O⋅ + H2
⋅OH + H⋅
⋅OH + H2
H2O + H⋅
● Anorganisch-chemische Reaktionen
Einteilung
… nach dem
Aggregatzustand der
reagierenden Stoffe
Reaktion
Bemerkung
Gasreaktionen (s. 0.4)
Reaktionen in Lösung
Reaktionen in einer homogenen Phase
Fes
Reaktionen von Feststoffen
Reaktionen an Phasengrenzflächen
Reaktionen zwischen Stoffen in
verschiedenen Aggregatzuständen
… nach der Art der
miteinander reagierenden Teilchen
Molekülreaktionen
In der organischen Chemie
Ionenreaktionen
In der anorganischen Chemie
Radikalreaktionen
Unter Beteiligung von Radikalen
… nach der Art der bei
der Reaktion übertragenen Teilchen
Redoxreaktionen
Übertragung von Elektronen
Säure-Base-Reaktionen
Übertragung von Protonen
Ionenaustauschreaktionen
Übertragung von Ionen
Komplexbildungsreaktionen
Übertragung von Ionen oder Molekülen
Thermochemische Reaktionen
Beteiligung von Wärmeenergie
Photochemische Reaktionen
Beteiligung von Licht
Elektrochemische Reaktionen
Beteiligung von elektrischer Energie
… nach der Art der bei
der Reaktion umgesetzten Energie
… nach der Art, wie die Katalytische Reaktionen
Reaktion in Gang
Nichtkatalytische Reaktionen
gebracht wird
Einsatz von Katalysatoren
Kein Einsatz von Katalysatoren
Redox-, Säure-Base- und Ionenaustauschreaktionen
Nach der Art der bei der Reaktion übertragenen Teilchen werden
Redoxreaktionen, Säure-Base-Reaktionen, Ionenaustauschreaktionen und
Komplexbildungsreaktionen unterschieden.
Art der Reaktion/ Beispiel
Charakteristik
Redoxreaktion (s. 7.1, 7.2)
2 H2 + O2
2 H2O
Übertragung von Elektronen
Änderung von Oxidationszahlen
Säure-Base-Reaktion (s. 6.2)
H3O+ + OH2 H2O
Übertragung von Protonen
keine Änderung der Oxidationszahlen
Ionenaustauschreaktion (s. 6.3)
AgNO3 + NaCl
AgCl
+ NaNO3
Übertragung von Ionen
keine Änderung der Oxidationszahlen
Komplexbildungsreaktion (s. 6.3)
AgCl + 2 NH3
[Ag(NH3)2]2+ + Cl-
Übertragung von Ionen oder Molekülen
keine Änderung der Oxidationszahlen
Redoxreaktion
- Übertragung von Elektronen
- Änderung von Oxidationszahlen
Roheisengewinnung ("indirekte Reduktion")
1.)
Fe2O3 (s) + CO (g)
Fe + CO2
2.)
Fe2O3 (s) + CO (g)
2 Fe + CO2
3.)
Fe2O3 (s) + 3 CO (g)
2 Fe + 3 CO2
Stoffbilanz
2 Fe + 3 C + 6 O
=
2 Fe + 3 C + 6 O
Reaktionsgleichung mit Hilfe von Oxidationszahlen
Reduktion: + 2 ⋅ 3 eIII -II
1.)
II –II
0
Fe2O3 (s) + CO (g)
IV -II
2 Fe + CO2
Oxidation: - 2 e- |⋅ 3
OM1
2.)
RM2
Fe2O3 (s) + 3 CO (g)
1
Oxidationsmittel
2
Reduktionsmittel
2 Fe + 3 CO2
Verbrennung von Wasserstoff
- 4 ⋅ 1 e- = - 4 e-
0
0
2 H2 + O2
Oxidation
+I -II
2 H 2O
Anzahl auf beiden
Seiten ausgleichen
+ 2 ⋅ 2 e- = + 4 eRM
Atome, deren OZ
sich ändert
Reduktion
OM
Verbrennung von Ammoniak (Ostwald-Verfahren)
+ 2 ⋅ 2 e - = + 4 e-
-III +I
0
NH3 + O2
- 5 eRM
⋅5
II -II +I -II
NO + H2O
⋅4
Oxidation
OM
4 NH3 + 5 O2
Reduktion
4 NO + 6 H2O
Säure-Base-Reaktion
- Übertragung von Protonen
(Arrhenius)
- keine Änderung der Oxidationszahlen
1.)
NaOH +
H2SO4
Na2SO4 + H2O
2.)
2 NaOH +
H2SO4
Na2SO4 + H2O
3.)
2 NaOH +
H2SO4
Na2SO4 + 2 H2O
2 Na+ + 2 OH- + 2 H+ + SO422 Na+ + SO42- + 2 H2O
Stoffbilanz
2 Na + S + 6 O + 4 H = 2 Na + S + 6 O + 4 H
Ladungsbilanz
+2 -2 +2 -2
=
+2 -2
0 = 0
Ionenaustauschreaktion
- Beispiel Fällungsreaktion
- Übertragung von Ionen
- keine Änderung der
Oxidationszahlen
1.)
Na3PO4 + CaCl2
NaCl + Ca3(PO4)2
2.)
2 Na3PO4 + 3 CaCl2
NaCl + Ca3(PO4)2
3.)
2 Na3PO4 + 3 CaCl2
6 NaCl + Ca3(PO4)2
6 Na+ + 2 PO43- + 3 Ca2+ + 6 Cl6 Na+ + 6 Cl- + Ca3(PO4)2
Stoffbilanz
6 Na + 2 P + 8 O (2 PO4) + 3 Ca + 6 Cl =
6 Na + 2 P + 8 O (2 PO4) + 3 Ca + 6 Cl
Ladungsbilanz
+6 -6 +6 -6
=
+6 -6
0 = 0