Dr. Peter Bützer
Chemierepetition
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Kapitel
Chemische Grundbegriffe............................................................................................................ 2 Atomlehre......................................................................................................................................... 4 Periodensystem............................................................................................................................... 7 Chemische Bindungen..................................................................................................................... 9 Aggregatzustände, Gase, Osmose............................................................................................ 11 Redoxreaktionen........................................................................................................................... 13 Thermodynamik............................................................................................................................... 15 Reaktionsgeschwindigkeit......................................................................................................... 17 Chemisches Gleichgewicht......................................................................................................... 20 Säuren, Basen................................................................................................................................. 22 Mörtel, Zement, Beton................................................................................................................. 24 Molekülmodelle............................................................................................................................ 25 Organische Chemie........................................................................................................................ 27 Dosis-Wirkung................................................................................................................................ 30 Elektrochemie................................................................................................................................ 33 Komplexe.......................................................................................................................................... 35
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Chemische Grundbegriffe
1. Wie unterscheidet sich ein chemischer von einem physikalischen Vorgang. Geben Sie ein Beispiel. [Physikalisch: Die Absorption von Licht auf einem Laubblatt und damit die Farbe; Chemisch: Durch die stoffliche Veränderung; Bsp.: Die Änderung der Farbe der Blätter im Herbst, die Photosynthese in den Blättern]
2. Wie könnte man feststellen, ob ein Gemisch, ein Element oder eine chemische Verbindung vorliegt? [Mittels Trennverfahren. Nur wenn physikalisch keine Auftrennung mehr möglich ist, liegt ein reiner Stoff vor]
3. Welche physikalischen Trennverfahren kennen Sie um Gemische in reine Stoffe aufzutrennen? [Sieben, Filtrieren, Nutschen, Sedimentieren, Zentrifugieren, Destillieren, Sublimieren, Chromatografieren]
4. Sie schauen folgenden Prozessen zu: Brennen von Schnaps und Butterherstellung. Welche Trennverfahren werden dabei angewandt? [Das Brennen von Schnaps ist ein Beispiel für die Destillation. Die Butterherstellung aus Milch basiert auf der Zentrifugation]
5. Wie würden Sie Stickstoff und Sauerstoff der Luft trennen? [Luft ist ein homogenes Gasgemisch, das man am einfachsten abkühlt, bis die Gase verflüssigt sind. Durch die verschiedenen Siedepunkte kann man die Gase durch langsames Aufwärmen abtrennen]
6. Warum muss die Formel von Einstein E=mŸc2 für die chemischen Reaktionen nicht berücksichtigt werden? [Die Energie welche von chemischen Reaktionen freigesetzt wird ist so klein, dass der Massenverlust nicht messbar ist]
7. Wieviel Energie steckt in einer Schokolade von 100g nach der Formel von Einstein? Vergleichen Sie diesen Wert mit dem Nährwert dieser Süssigkeit von 21800 kJ/kg.[E = 0.1Ÿ9Ÿ1016 = 9Ÿ1015 J; Die Verbrennung im Körper setzt nur ca. 2/1012 der Energie frei!!]
8. Spurpherormone: Die Blattschneiderameise produziert die ausserordentlich wirkungsvolle Substanz: Methyl-4-methylpyrrol-2-carboxylat; Molmasse 139.15 g/mol. Die Ameisen spüren diese Substanz noch in einer Konzentration von 0.08 pg/cm Spurlänge auf. Wievielen Molekülen entspricht das pro cm? Wieviele Milligramm Substanz würden benötigt, um eine Spur rund um die Welt zu legen? [139.15/6.023.1023 = 8Ÿ10-14/x; entspricht 3,48Ÿ108 Molekülen pro cm. 40’000x100’000x8.10-11= 0,33 Milligramm Substanz genügen]
9. Für Dioxin besteht in der Schweiz (1999) ein Grenzwert in Nahrungsmitteln von 0.25 ng/kg. Wieviel ppt entspricht dieser Wert? [ng = 10-9 g, ppm=10-6, ppb=10-9, ppt=10-12, ppq=10-15, 0.25Ÿ10-9g = 0.25Ÿ10-12kg = 0.25 ppt]
10. Sie bauen eine Fabrik um Silizium aus Quarz und Kohle herzstellen: SiO2 + C è Si + CO2. Wo bauen Sie die Fabrik, wenn Sie die Transporte bezüglich Masse oder bezüglich Volumen optimieren wollen, bei den Kohlegruben oder bei den Quarzvorkommen? Granit und Gneiss enthalten ca. 80% Quarz. [M(SiO2)=60.085 g/mol; M(C)= 12.011 g/mol; Dichte: Kohle d(C) » 2.1 g/cm3; Quarz: d(SiO2) » 2.65 g/cm3; Die Produktionsstätte steht besser beim Silizium]
11. Gleichen Sie folgende chemische Gleichung aus: a Sb2S3 + b O2 è c Sb2O3 + d SO2. Auf welche Tatsache stützt man sie ab, wenn man eine chemische Gleichung ausgleicht? [Sb: 2a=2c; S: 3a=d; O: 2b=3c+2d; a=1; a=2; b=9; c=2; d=6; Es gehen bei einer chemischen keine Atome verloren; die Natur ist ökonomisch, daher die kleinst möglichen Faktoren einsetzen].
12. Was ist ein Ion? Welche Arten von Ionen sind Ihnen bekannt? [Ein Ion ist ein geladenes Element oder Molekül. Man kennt Anionen, negativ geladen, und Kationen, positiv geladen].
13. Zeigen Sie den Zusammenhang zwischen den Begriffen: Atom, Element, Molekül, Ionengitter. [Das Atom ist der Baustein der Elemente. Sind Atome zu abgeschlossenen Verbänden verbunden, so spricht man von Molekülen, bei endlosen Verbänden aus Ionen, von Ionengittern].
14. Man möchte Aluminium nach einem sehr modernen, elektrolytischen Verfahren aus AlCl3 (AlCl3 è Al + Cl2) herstellen. Wieviel AICl3 wird benötigt um eine Tonne Aluminium zu erhalten? [2 AlCl3 è 2 Al + 3 Cl2, 133.32/26.96 = 4.95 t].
15. Bei einer Analyse wurden folgende Werte gefunden: H: 1.0 %, CI: 32 %, 0: Rest. Wie lautet die Verhältnisformel der Verbindung? [1:1 = 1; 32:35.45 = 0.9; 67:16 = 4.19 HClO4].
16. Zeigen Sie das Prinzip, wie man die chemische Reaktionsgleichung mit mathematischen Methoden ausgleicht: a P + b HNO3 + c H2O è d H3PO4 + e NO. Wieviel Gramm Salpetersäure (HNO3) benötigen Sie, um 1 Gramm Phosphorsäure (H3PO4) herzustellen? [P: a=d; H: b + 2c = 3d; N: b = e; O: 3b+c = 4d + e; a=1; a=3; b=5; c=2; d=3; e=5; 5HNO3: 315.05 g; 3H3PO4: 293.97 1.07 g]
17. Man möchte folgende drei Gase : O2, H2 und CO2 mit Versuchen voneinander unterscheiden, wie könnte man das machen? [Anzünden: H2 brenn; glimmender Holzspan verlöscht in CO2, glüht auf in O2]
18. Nach welchen direkt beobachtbaren oder messbaren Kriterien könnte man die verschiedenen Arten von chemischen Verbindungen einteilen? [Aggregatszustand, Farbe, elektr. Leitfähigkeit, Härte, Schmelz- oder Siedepunkt, Wasserlöslichkeit etc.]
19. Weshalb schreibt man bei chemischen Gleichungen keine Gleichheitszeichen? Geben Sie ein Beispiel. [Die Reaktion läuft in eine vorgegebene Richtung; bei der Atmung wird Traubenzucker mit Sauerstoff verbrannt C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O]
20. Leitet festes Kaliumnitrat den elektrischen Strom? Begründung. [Nein. Es handelt sich um ein Ionengitter. Im festen Zustand sind die Ionen nicht beweglich. Somit hat es keine beweglichen Ladungsträger, was zur Folge hat, dass kein Strom geleitet werden kann]
21. Weshalb kann man mit Wasser Brände löschen? [Ein Brand tritt auf, wenn drei Voraussetzungen erfüllt sind: Brennstoff, Sauerstoff und Wärme; Wassers brennt selbst nicht, Wasser kühlt direkt und durch Verdampfung, Wasserdampf verdrängt den Luftsauerstoff]
22. Welche chemischen Prozesse laufen in einem Automotor ab? [ 2 C6H14 + 19 O2 12 CO2 + 14 H2O; in der Luft ist 4/5 Stickstoff: N2 + O2 2 NO]
23. Eine beanstandete Knetmasse zu Spielzwecken enthielt 250-600 ppm Blei (ppm = parts per million = Millionstel). Wie viel Gramm Blei sind das auf 100 Gramm Knetmasse. [(250 x 100 – 600 x 100) = 25‘000 – 60‘000 Millionstel Gramm = 25 – 60 Tausendstel Gramm = 0.025 – 0.06 Gramm]
24. Mit Polarografie ist es heute möglich, Metalle in Mengen von 1 pg (1 pg = 0.000'000'000'001g) aufzuspüren. Wie viele Atome sind das, wenn eine Milliarde Atome Blei eine Masse von 34.4 pg haben? [34.4 pg enthalten 1 Milliarde Atome, 1 pg enthält 1/34.4 Milliarden = 29 Millionen]
25. Chemiker haben ein hochwirksames Insektenlockmittel synthetisiert, von welchem 1pg = 10-12 g genügt, um männliche Insekten anzulocken. Sein Name ist "Gyplur", seine Formel: CH3(CH2)5 CHOHCH2 CHCH(CH2)5CH2OH. Berechnen Sie die Anzahl Moleküle, die in 1pg Gyplur sind. 6.1023 Moleküle haben die Masse von 256.427 g. [Ca. 2.34 Milliarden]
26. Der Mensch ist aus etwa 1014 Zellen aufgebaut. 1012 Zellen werden jeden Tag in bestimmten Organen neu produziert. Wieviel Prozent sind das? [1%]
27. Welche chemische Reaktionen kennen Sie, die im menschlichen Körper laufen? [Atmung: C6H12O6 + 6 O2 2 CO2 + 6 H2O; Sehprozess, Verdauung, Muskelkontraktion, Nervenreizleitung, Hormonwirkung etc.]
28. Können Sie eine chemische Substanz oder ein Produkt des Alltags etwas näher beschreiben? Eigenschaften, Herstellung, Gleichungen. [Aspirin, Benzin, Nylon, Fetthärtung, Wasserstoff, Kohlendioxid, Kalk etc.]
29. Weshalb wird die Konzentration in der Chemie wohl in mol/l und nicht in g/l angeben? [Wichtig sind die Anzahl reagierender Teilchen, gleichgültig ob sie leicht oder schwer sind]
30. Mit welchem Mittel entfernen Sie Harzflecken, mit welchem Obstflecken? [Harz ist fettig, also braucht es eine fettlösende Substanz wie Fleckenbenzin oder Lackverdünner. Obstflecken sind wasserlöslich, die sich mit Wasser und Seife entfernen lassen].
31. Was machen Sie, wenn Ihnen mit chemischen Substanzen in die Augen geraten? [Mit Wasser mindestens 10 Minuten spülen].
32. Wann ist eine Substanz brennbar? Welche Produkte entstehen bei der Verbrennung? [Eine Substanz ist brennbar, wenn sie mit Sauerstoff reagiert - also Elektronen abgeben kann. Dies trifft z.B. für Eisen nur in sehr feiner Verteilung, also grosser Oberfläche zu. Die Verbrennungsprodukte sind Oxide].
33. Was ist der Flammpunkt? [Temperatur, bei der eine brennbare Flüssigkeit soviel Dampf bildet, dass dieser bei Zündung gerade kurz aufflammt]
34. Was ist die untere Explosionsgrenze? [Minimale Konzentration einer brennbaren Substanz gemischt mit Luft, die bei Zündung explodiert]
35. Um Stoffe miteinander vergleichen zu können, zählt man charakteristische Eigenschaften auf. Nennen Sie solche Eigenschaften! [Molmasse, Aggregatzustand, Siede-, Schmelzpunkt, Dichte, Farbe, Härte, Glanz, Brennbarkeit, Kristallform, Wärme-, elektr. Leitfähigkeit, Verhalten gegenüber Säuren/Basen, Reaktionsfähigkeit mit anderen Stoffen]
36. Welche Frau erhielt zwei Nobelpreise? [Marie Curie einen für Chemie und einen für Physik]
Atomlehre
1. Worin unterscheiden sich zwei Isotope eines Elements? [Die Isotope unterscheiden sich nur in der Anzahl Neutronen im Kern]
2. Wie unterscheiden sich Alfa-, Beta- und Gammastrahlen? [Alfa: He- Kerne, positiv geladen, kleine Reichweite, Beta: Elektronen, negativ geladen, mittlere Reichweite, Gamma: Ungeladen, Photonen, grosse Reichweite]
3. Was war das wesentliche am Versuch von Rutherford mit der Goldfolie? Weshalb war dieser Versuch so genial? [Die Feststellung, dass die Atome keine harten Kugeln sind, sondern eine weiche, grosse, negative Hülle und einen harten, kleinen, positiv geladenen Kern besitzen. Der Versuch war experimentell sehr einfach und deshalb auch leicht verständlich]
4. Wie sind Atome im Wesentlichen aufgebaut? Bestandteile, Eigenschaften. [Kern und Hülle, Kern aus Protonen und Neutronen, Hülle aus Elektronen. Die Elektronen sind auf Schalen und nehmen den Grossteil des Raumes ein]
5. Welches Elektron ist energieärmer, das auf der ersten Schale oder das auf der siebten? [Das auf der ersten Schale, da es näher dem Kern liegt]
6. Was wissen Sie über b-Strahlen? [Sind Elektronen, bleiben im Gewebe stecken, haben in Luft eine Reichweite von Metern]
7. Grösse der Atome: Atome haben einen Durchmesser von 2 - 5 Ǻ (1 Ǻ =10-10 m). Nehmen wir als mittleren Durchmesser 3.5 Ǻ an. Wieviele Atome geben aneinandergereiht 1 cm, bedecken 1 cm2 oder füllen 1 cm3? [107, 1015, 2Ÿ1022]
8. Goldatome haben einen Radius von 1.44 Angström (0.000'000‘000‘0144 m). Wie viele Atome haben aneinandergereiht auf einem Tausendstel Millimeter Platz? [0.000‘001 m : 0.000'000'000‘0288 m = 34‘722]
9. Goldatome haben einen Radius von 1.44 Angström (0.000'000‘000‘0144 m). Angenommen, sie (Körpergrösse: 1... m) halten dieses Goldatom in ihren Händen. Nun wird mit einer Lupe so stark vergrössert, dass das Atom einen Durchmesser von 2.88 cm hat. Wie gross sind sie mit dieser Vergrösserung gleichzeitig geworden? [vergrössern von 0.000'000'000‘0288 m auf 0.0288 m, also um einen Faktor mit 7 Nullen (10'000'000 = 10 Millionen). Bei 1.8 m Körpergrösse = 0.18 Millionen Meter = 1‘80 Kilometer!!]
10. Was ist Radioaktivität, wo kommt sie her? Kennen Sie natürliche und künstliche Isotope? Nennen Sie einige mit Angabe der Strahlung und der Halbwertszeiten. [Unter Radioaktivität versteht man die Freisetzung von Teilchen und Energie aus dem Atomkern. Natürlich z.B. K-40, U-235, H-3, künstlich z.B. Pu-239, HWZ und Strahlung siehe Periodensystem]
11. Wie kann man sich vorstellen, dass ein Neutron aufgebaut ist? [Aus einem Proton und einem Neutron: 11p +0 -1e è 10n]
12. Um welche Art Zerfall handelt es sich hier: 210 84Po è 20682Pb + 42He; Weshalb? [Da ein Helium-Kern freigesetzt wird, ist es ein a-Zerfall]
13. Die Aktivität von 40K in unserem Körper ist ca. 5000 Bq. Was heisst das ? Interpretieren Sie! [Etwa 5000 40K-Atome zerfallen pro Sekunde in unserem Körper, das führt zu einer inneren Bestrahlung, die Bestrahlung ist natürlich].
14. Bei einer Flasche Wein finden sie die Jahrzahl 1946. Die Tritiumaktivität (3H) ist noch 25% der normalen Tritiumaktivität. Ist der Wein so alt, wie die Angabe auf der Flasche? [Nein, die Zeit von 1946 bis 2007 ist 61 Jahre. Die Halbwertszeit von Tritium ist 12.32 Jahre, also sind ca. 5 Halbwertszeiten verstrichen.Somit dürften 25 = 32, also 1/32 ca. 3% vorhanden sein. Der Wein ist viel jünger, etwa 2 Halbwertszeiten oder 24 Jahre.]
15. Sie möchten bei einem Gerät aus Holz von Leonardo da Vinci nachweisen, dass es zwischen 1482 und 1499, also in seiner erfolgreichsten Zeit gebaut worden ist. Wie gross ist die erwartete Aktivität von 14C in %? [14C hat eine Halbwertszeit von 5730 Jahren. Seit seiner Zeit bis heute sind ca. 520 Jahre verstrichen, etwa 1/10 einer Halbwertszeit. Grobe Abschätzung: Halbwertszeit = 50%, 1/10•50% = ca. 5%]
16. Schreiben Sie die Isotope der drei aufeinanderfolgenden Zerfälle von 247Bk auf und geben Sie an, wie lange es etwa dauert, bis diese drei Zerfälle abgelaufen sind.[1.4e3y ,243Am: 7.37e3y ,239Np: 2.346d ]
17. Ein Stoff enthält 3H2O. Die Aktivität ist auf etwa 3% gesunken. Wie lange ist dieser Stoff nach seiner Herstellung gelagert gewesen? [25 = 32 à ungefähr 5 Halbwertszeiten = 5•12,32 Jahre = 61 Jahre]
18. Welchen Stoff erwarten Sie bei einem radioaktiven Zerfall von Plutonium-239, - Fehler! Textmarke nicht definiert.-Zerfall, gefolgt von einem Gamma- Zerfall. [23994Pu - 2 42He è 23190Th, der Gammazerfall ändert an der Zusammensetzung des Kerns nichts]
19. Wie funktioniert die Kernspaltung im Prinzip? Weshalb entstehen bei der Kernenergieerzeugung radioaktive Abfälle? [Grosse Kerne mit ungerader Neutronenzahl werden mit Neutronen beschossen. Diese zerfallen in zwei kleinere Kerne, Spaltprodukte, und 2-3 schnelle Neutronen. Dabei wird sehr viel Energie frei, ca. 1 Promille der Masse. Die Neutronen spalten wieder andere Kerne. Die Spaltung erzeugt immer zwei kleine Bruchstücke, die nicht immer gleich gross sind. Die meisten Isotope sind radioaktiv, nur wenige sind stabil. Diese radioaktiven Spaltprodukte bilden die radioaktiven Abfälle]
20. Schreiben Sie die Kernspaltung von Th-230 mit einem Neutron auf, wenn dabei noch Ru-106 und 2 Neutronen +?? entstehen. [106Ru + 201n + 12346Pd]
21. Gleichen Sie folgende Gleichung aus : Deuterium + Deuterium è ?? + 1 Neutron . Um welche Art Reaktion handelt es sich? Wo kommt diese Reaktion vor? [21H + 21H è 32He + 10n, 21H + 31H è 42He + 10n + Energie ; Kernfusionen, auf der Sonne, in den Sternen]
22. Die C-14 Methode wird für die Altersbestimmung in der Archäologie eingesetzt. Wie funktioniert diese Methode z.B. für die Felsenzeichnungen in den Pyrenäen (ca. 20'000 Jahre alt)? Wie lautet die Kerngleichung für diesen Zerfall? [Das radioaktive C-14 entsteht unter dem Einfluss kosmischer Strahlung dauernd aus dem sehr häufigen Stickstoffisotop N-14. Dieses zerfällt mit einem b- Zerfall und einer Halbwertszeit von 5570 Jahren wieder zu N-14; 146C - 0-1e è 147N. Pflanzen können nebst gewöhnlichem 12CO2 auch radioaktives 14CO2 aufnehmen. Stirbt eine Pflanze ab, so zerfällt das in diesem Zeitpunkt vorhandene C-14, ohne dass jetzt noch ein Neueinbau erfolgen könnte. Durch Nahrungsaufnahme gelangt aber radioaktives C-14 auch in tierische und menschliche Körper, so dass alle Organismen neu entstandenes C-14 enthalten. Mit dem Tod des Lebewesens beginnt die Messung durch die Atomuhr.]
23. Mit der 146C-Methode wollen Sie das Alter eines Trilobiten aus dem Erdaltertum bestimmen. Gelingt Ihnen das leicht? [Nein mit einem Alter von ca. 590 Mio. Jahren sind die Trilobiten für die HWZ von C-14 (5570 y) zu alt]
24. Wie kann man 131I in der Medizin verwenden? [Zur Untersuchung des Stoffwechsels der Schilddrüse (braucht Iod) oder zur Markierung anderer Moleküle. 13153I, b, g-Strahler, HWZ: 8.05d, sehr kurze HWZ, also rasch abgebaut und nur kleine Mengen notwendig]
25. Wieviel Energie könnten maximal aus 1 kg Masse gewonnen werden? [E=m·c2; E= 9·1016 J]
26. Weswegen nennt man die Anzahl Nukleonen eines Atoms wohl Massenzahl? [Ein Kernteilchen, Nukleon, ist ca 3’000 mal schwerer als ein Elektron. Im Kern ist somit fast alle Masse eines Atoms konzentriert]
27. Beschreiben Sie den Prozess der Kernspaltung von 235U; Was entsteht noch, wenn 137Cs und 3 Neutronen gebildet werden? [23592U + 10nè 13755Cs + 9637Rb + 310n]
28. Eine in Zürich wohnhafte Stewardess ist etwa der gleichen Strahlenexposition ausgesetzt wie eine Tessinerin. Erklären Sie diese überraschende Tatsache! [Bei einem Flug ist man durch die Flughöhe verstärkter Höhenstrahlung ausgesetzt. Doch ist die Strahlung am Boden verschieden, es hängt vom Untergrund..ab. So ist es erklärbar, dass diese im Tessin höher ist als in Zürich]
29. Ihre Freundin behauptet, dass es 18 verschiedene Wassermoleküle gebe. Hat sie recht? [Ja! Es gibt Moleküle mit verschiedenen Isotopen von Wasserstoff (1H, 2H und 3H) und Sauerstoff (16O, 17O und 18O) für 16O: 1H-O-1H, 2H-O-2H, 3H-O-3H, 1H-O-2H, 1H-O-3H, 2H-O-3H und je 6 für 17O, 18O]
Periodensystem
1. Wie ist das Periodensystem aufgebaut? Nach welchen experimentell feststellbaren Eigenschaften ist es geordnet? [Elemente mit gleicher Anzahl Aussenelektronen untereinander, Elemente mit gleicher Anzahl Schalen auf gleicher Periode (Zeile), Metalle links, Nichtmetalle rechts, Halbmetalle dazwischen]
2. Welche Aussagen macht das PSE über die Elemente einer Hauptgruppe? [Die Elemente, die in der gleichen Hauptgruppe stehen, haben ähnliche Eigenschaften, da sie gleich viele Aussenelektronen besitzen]
3. Was verstehen Sie unter Elektronegativität? Was hat diese Grösse mit dem Periodensystem zu tun? [Elektronegativität ist das Bestreben eines Elements, an der Bindung beteiligte Elektronen an sich zu ziehen. Die EN nimmt von links unten im PSE nach rechts oben zu, Metalle haben eine kleine EN, Edelgase haben praktisch 0]
4. Zeigen Sie den Zusammenhang zwischen dem Schalenaufbau der Elektronenhülle der Atome und der Stellung der Elemente im Periodensystem. [In jeder Periode wird eine Schale von links, 1 Elektron, nach rechts, Edelgas, gefüllt. Eine volle Schale bedeutet eine grosse chemische Stabilität]
5. Was verstehen Sie unter Wertigkeit? Geben Sie ein Beispiel. [Anzahl Elektronen, die an chemischen Reaktionen teilnehmen, Aussenlektronen. Kohlenstoff hat die Wertigkeit 4, hat also 4 Aussenelektronen, kann 4 aufnehmen oder 4 abgeben]
6. Schreiben Sie die Reaktion auf von Schwefel mit Sauerstoff. [S: 6 Aussenelektronen (AE), Sauerstoff: 6 AE. Schwefel hat mehr Schalen, die Aussenelektronen sind weiter aussen, weniger stark an den Kern gebunden als bei Sauerstoff. Sie werden folgedessen leichter abgegeben. Schwefel gibt ab, Sauerstoff nimmt auf: SO3; Das Element, welches abgibt, steht im allgemeinen in der Formel vorne (Ausnahmen: NH3, alle Kohlenstoffverbindungen)]
7. Weshalb findet man die Metalle im PSE links, die Nichtmetalle rechts? [Die Metalle geben leicht Elektronen ab, sie dürfen also nur wenige Aussenelektronen besitzen (elektrische Leitfähigkeit ist durch die frei verfügbaren Elektronen bestimmt). Nichtmetalle haben wenig verfügbare Elektronen]
8. Wie unterscheiden sich Metalle, Nichtmetalle und Halbmetalle? [Metalle: Metallglanz, elektr. Leitfähigkeit, verformbar (duktil), die Metalloxide bilden mit Wasser Basen (Laugen), kleine EN; Nichtmetalle: keine typische Farbe, elektr. Isolatoren, kleine Zugfestigkeit, die Nichtmetalloxide bilden mit Wasser Säuren, grosse EN, Halbmetalle: liegen in den Eigenschaften zwischen Metallen und Nichtmetallen]
9. Alle Elemente wollen auf der äussersten Schale aussehen wie ein Edelgas. Was ist die chemische Konsequenz davon. Erklären Sie mit einem Beispiel [Calcium: 2 Aussenelektronen, gibt 2 ab, hat dann 8 auf der äussersten Schale, wie Argon, Kohlenstoff: 4 Aussenelektronen, nimmt 4 auf, hat dann 8 auf der äussersten Schale, wie Neon, Verbindung: Ca2C: Calciumcarbid]
10. Um welches Element könnte es sich handeln: Das Oxid bildet mit Wasser eine Base, und das Oxid selbst hat die Formel XO, bildet das Oxid an der Luft nicht sehr schnell, aber entsteht mit hellem Licht bei der Verbrennung. [Metalloxide bilden mit Wasser Basen, das Element muss 2 Aussenelektronen haben, also in der 2. Gruppe sein, alle Elemente nach Mg reagieren rasch an der Luft, Be hat keine weisse Flamme, also Mg]
11. Welche besonderen Eigenschaften haben die Edelgase? Wie kann man sich diese Eigenschaften erklären? [Kaum reaktiv, kommen nur 1-atomig vor, sind bis zu sehr tiefen Temperaturen Gase. Die Oktettregel ist erfüllt, das Atom wird mit zusätzlichen Bindungen nur unstabiler, bildet keine Dipole, deshalb sehr tiefer Schmelz- und Siedepunkt]
12. Zwischen welchem Edelgas und welchem anderen chemischen Element würden Sie am ehesten eine chemische Verbindung erwarten? Warum? [Rn, ist aber zu selten, deshalb Xe, weil es die äussersten Elektronen weit weg vom Kern und durch die unteren Hülle gut abgeschirmt hat, diese nicht besonders stark gebunden sind und deshalb noch von einem sehr elektronegativen Element,wie Fluor, gebunden werden können]
13. Ein Stoff X ist bei Raumtemperatur ein Gas. Es ist relativ reaktionsträge, reagiert jedoch mit glühendem Aluminium zu AIX. Um welches Element handelt es sich, und was wissen Sie über dieses Element? [AlX bedeutet: X muss 3 Aussenelektronen aufnehmen, hat also 5: N, P, As, Sb, Bi; Phosphor ist ein Festkörper, die letzten 3 sind Metalle, also auch Festkörper; Folgerung N2.. 2Al + N2 è 2AlN, Aluminium: Metall, sehr leicht, guter elektrischer Leiter, korrosionsbeständig wegen der Oxidschicht]
14. Stellen Sie die Unterschiede zwischen Metallen und Nichtmetallen tabellarisch zusammen.
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Eigenschaft |
Metall |
Nichtmetall |
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Farbe |
Metallglanz |
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elektr. Leitfähigkeit |
gut |
schlecht |
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Wärmeleitfähigkeit |
gut |
schlecht |
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Verformarkeit |
gut |
im allg. schlecht |
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Oxid bildet mit Wasser |
Base (Lauge) |
Säure |
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Anzahl Aussenelektronen |
wenig |
viel |
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EN |
klein |
gross |
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Im PSE |
links und unten |
rechts, oben |
14. Welche Änderungen in den Eigenschaften stellt man fest, wenn man die Halogene von oben nach unten vergleicht? [Anzahl Schalen nimmt zu, EN nimmt ab, Molmasse nimmt zu, Siedepunkt, Schmelzpunkt nimmt zu, Farbe wird immer dunkler, Nichtmetallreaktivität nimmt ab]
15. Beschreiben Sie ein von Ihnen ausgewähltes Element mit möglichst vielen seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften. [Bsp: Li, Fe, P : Daten aus dem PSE, Lexikon etc.]
16. Warum sind Edelgase als Schutzgase für Glühlampen besonders geeignet? [Sie sind sehr inert und reagieren nicht]
Chemische Bindungen
1. Wie kommt eine chemische Bindung zustande? Geben Sie Ihre Erklärungen an einem konkreten Beispiel. [Bsp. Ca, Br2: Ca: 2 Aussenelektronen, gibt diese ab, wird Ca2+ geladen, Br: 7 Aussenelektronen, nimmt 1 auf, wird Br1- geladen; entgegengesetzte Ladungen ziehen sich an, und die Ladungen sind ausgeglichen, da alle Elektronen des Ca vom Br aufgenommen werden: CaBr2: Das Ca2+ und das Br1- kommen sich nun so nahe, bis die Elektronenhüllen und die Kerne sich abstossen]
2. Erklären Sie die Unterschiede zwischen Atomen, Elementen, Molekülen und Ionengittern! [Bausteine der Elemente sind Atome. Sind Atome zu einem abgeschlossenen Verband verbunden, so nennt man dies Molekül, sind sie als Ionen in einem endlosen Verband angeordnet, spricht man von einem Ionengitter]
3. Was ist der Unterschied zwischen einer Elektronenpaarbindung (EPB) und einer Ionenbindung (IB)? Geben Sie Beispiele. [EPB bauen Moleküle, IB bauen Ionengitter auf. Die Differenz der Elektronegativitäten ist bei EPB< 1.7, bei IB³1.7; EPB: Ethanol C2H6O, IB: CaF2]
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4.
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5. Zeichnen Sie das räumliche Modell von Schwefelsäure. Welche Eigenschaften hat Schwefelsäure? [Symmeterisch die Sauerstoffe um den Schwefel, Wasserstoffe machen nur eine Bindung, daher ganz aussen, H2SO4; sie schmeckt sauer, löst Kalk auf, entzieht Wasser, reagiert mit Wasser unter Hitzeentwicklung, ist ätzend, neutralisiert Basen]
6. Warum haben die chemischen Bindungen zwischen gleichen Elementen einen immer gleichen Abstand? [Es sind immer dieselben Elektronenhüllen, die zusammen eine Bindung bilden. Auch die Abstossung der Kerne ist immer gleich]
7. Zwischen welchen Elementen im Periodensystem kommen welche Arten von chemischen Bindungen vor? Weshalb? [Metalle-Metalle: Metallbindung (beide geben Elektronen ab), Metalle- Nichtmetalle: Ionenbindung (grosse EN-Differenz); Nichtmetalle-Nichtmetalle: EP-Bindung (kleine EN-Differenz)]
8. Was sagt die Oktettregel aus? [Alle Elemente versuchen auf der äussersten Schale Edelgaskonfiguration zu erreichen. Das sind meist 8 Elektronen (Oktett), ausser bei Elementen in der Nähe von Helium (2 Elektronen)]
9. Erklären Sie die wesentlichsten praktischen Eigenschaften von Metallen mit Hilfe der Metallbildung. Nehmen Sie als Beispiel Magnesium. [Elektrische Leitfähigkeit, weil die Elektronen im Elektronensee frei beweglich sind, Metallglanz, weil an der Oberfläche freie Elektronen vorhanden sind, Duktilität: weil sich die Schichten gegeneinander verschieben lassen, da keine gerichteten Bindungen vorliegen. Mg hat 2 Aussenelektronen. Alle Mg-Atome geben ihre beiden Aussenelektronen an den Elektronensee ab, es zeigt daher gute metallische Eigenschaften]
10. Welche mechanischen Eigenhaften hat Silber. Leiten Sie diese aus der Gitterstruktur ab [Kubisch flächenzentriert, d.h. leicht verformbar]
11. Ein Sprichwort lautet: Man muss das Eisen schmieden, solange es heiss ist. Erklären Sie diese Aussage wissenschaftlich. [Bei Raumtemperatur liegt das a-Eisen, kubisch raumzentriert, vor. Dieses ist schwer verformbar. Bei Rotglut liegt das g-Eisen vor, kubisch flächenzentriert, leicht verformbar. Es Eisen ist also nur leicht verformbar, wenn es genügend heiss ist.]
12. Wie sieht das Kristallgitter von Zinksulfid räumlich aus, wenn die Niggliformel {ZnS}4/4 G lautet? [Es handelt sich um Tetraeder, die miteinander verbunden sind]
13. Welche wichtigsten Eigenschaften haben Ionenverbindungen? [Sie sind spröde, sie sind meist wasserlöslich, die wässrigen Lösungen und die Schmelzen leiten den elektrischen Strom, sind Elektrolyte]
14. Geben Sie ein Beispiel eines Moleküls, welches eine Wasserstoffbrückenbindung machen kann. Zeigen Sie im Detail, wie diese Bindung zustande kommt. [2 Voraussetzungen: Ein Molekül muss ein H-Atom an einen elektronegativen Atom gebunden haben (N, O) und das 2 Atom muss elektronegativ sein mit einem freien Elektronenpaar (N,O,P,S)]
15. Welche Bindung ist dafür verantwortlich, dass Edelgase überhaupt verflüssigt werden können? Erklären Sie diese Bindung. [Die van der Waals’sche Bindung. Diese kommt dadurch zustande, dass sich sehr kurzfristig aufgebaute Dipole (von asymmetrischen Elektronenverteilungen und deren Influenz) anziehen]
16. Zeigen Sie in einer groben Übersicht, wie die verschiedenen Bindungsarten zusammenhängen. [Metallbindung: zwischen Metallen. Bilden Gitter und damit Kristalle. Die EN sind klein. Ionenbindung: Zwischen Metallen und Nichtmetallen. Bilden Gitter und damit Kristalle. EP-Bindung: zwischen Nichtmetallen. Bilden Moleküle oder Molekülgitter (Diamant, Graphit)]
17. Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit ein Stoff wasserlöslich ist? [Es müssen Dipole vorhanden sein, z.B. auch Ionen. Alle Moleküle mit ausgeprägten Dipolen oder alle Ionengitter sind zumindest etwas wasserlöslich]
18. Zeichnen Sie die Elektronenstrichformel von C2H2 [H-CºC-H]
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20. Zeichnen Sie die Elektronenstrukturformel von Phosphorsäure. Welcher Typ von Bindung liegt hier vor? [Phosphor symmetrisch in der Mitte, die Wasserstoffe, die nur eine Bindung machen können, ganz aussen, Hier handelt es sich um EP- Bindungen]
21. Vergleichen Sie die Elektronenstrichformeln von CO und O2 und versuchen Sie daraus abzuleiten, weshalb CO ein Blutgift ist. [ ICºOI ; <O=O> ; beide Moleküle binden sich mit den freien Elektronenpaaren an das Eisen Fe2+ des Hämins. Bei CO ist noch ein Dipol vorhanden, der beim Sauerstoff negativ ist. Daher bindet sich das CO stärker an das positive Eisen als das O2. CO blockiert somit den Transport von Sauerstoff]
22. Was passiert, wenn ein Stoff, wie z. B. Eisenchlorid (FeCl3) in Wasser gegeben wird? [Eisenchlorid ist ein Salz. Dieses Kristallgitter löst sich in Wasser in die Ionen Fe3+ und 3 Cl- auf. Die Lösung wird somit elektrisch leitfähig]
23. Ein Ionenkristall besteht aus doppelt negativen Anionen und einfach positiven Kationen. Die Koordinationszahl der positiven Ionen sei 4. Wie gross ist die Koordinationszahl (KZ) der negativen Ionen, wie lautet die Niggli- Formel? [K1+, A2- è {K2A} 4/2 G]
24. Welches sind die kleinsten Teilchen des elementaren Chlors, die Edelgaskonfiguration besitzen? Zeichnen Sie die Elektronenstrichformel dieses Teilchens. [Cl2; Cl-Cl mit je drei freien EP]
25. Welche Arten von Legierungen kennen Sie, und wie unterscheiden sich diese? [Intermetallische Verbindung: genaue stöchiometrische Verhältnisse, setzen ganz bestimmte Eigenschaften beider Partner voraus, Substitutionskristalle: beliebige Verhältnisse möglich, Kristallgitter müssen gleich sein, die Atomradien bis auf 10% gleich, Einlagerungsmischkristalle: Ein Element muss viel grösser sein als das andere. Das zweite Atom ist meist ein Nichtmetall (C, N, H)].
Aggregatzustände, Gase, Osmose
1. Erklären Sie die Aggregatzustände und deren Eigenschaften am Beispiel des Wassers. [Gasförmig: Wasserdampf, Temp.>100°C, flüssig: Wasser, Temp. >1°C, fest: Eis, Temp. <1°C, Eis hat eine kleinere Dichte als Wasser, weshalb es schwimmt. Eis bildet 6- eckige Kristalle als Schnee, Wasser hat die grösste Dichte bei 4°C, weshalb in gefrorenen Seen mit einer Eisdecke immer noch Fische leben können, ebenso unter den Polkappen]
2. Wie ist der absolute Nullpunkt definiert? Wäre es mit genügend grossem Aufwand möglich, z.B. eine Temperatur von -20K zu erreichen? [Bewegung = 0 Þ 0°K, weniger als keine Bewegung ist nicht möglich, folgedessen sind Temperaturen unterhalb 0° nicht diskutabel]
3. Sie machen eine Reise mit dem Flugzeug nach La Paz (4000 m.ü.Meer) und müssen ihr Velo verladen. Woran müssen Sie denken? [Etwas Luft aus den Pneus zu lassen, weil in dieser Höhe ein wesentlich kleinerer Luftdruck herrscht. Die Pneus könnten sonst platzen]
4. Wie könnte man die Molekularmasse eines Gases bestimmen? [p·V = n·R·T; n=m/M; M=m·R·T/(p·V); Die Substanz in den gasförmigen Zustand bringen, Bestimmen der Masse m, Experiment bei Temperatur T, und Druck p (z.B. Luftdruck) im Volumen V]
5. Wieviel Liter Luft benötigt die Verbrennung von 1 Liter Propan (C3H8; Dichte 0. 7 g/cm3) bei Standardbedingungen (20°C, 1bar). [C3H8 + 5O2 è 3CO2 + 4H2O; 1 Liter = 0.7 kg, V = m·R·T/(p·M); M=44.0 g/mol, V=5 x 0.388 = 1, 94m3 O2; 21% O2 in der Luft; V=9.24 m3 Luft]
6. Sie lassen 1 Gramm Natrium mit Wasser reagieren. Wieviel cm3 Wasserstoff erwarten Sie bei 25°C und 1 bar? [2 Na + H2O è 2 NaOH + H2; pŸV = nŸRŸT; V=m/(MŸp) ŸRŸT; m=1 g; M =23 g/mol; p=105 Pa; R=8.31441; T= 298.15 K; V= 1.08Ÿ10-3 m3 = 1.08 l = 1080 cm3]
7. Bei mittlerer Arbeit werden vom Menschen etwa 67 Liter Sauerstoff (Normalbedingungen) pro Stunde für die Atmung verbraucht. Wieviel Traubenzucker wird also pro Stunde verbraucht? [C6H12O6 + 6O2 è 6CO2 + 6H2O; M(C6H12O6): 180.0 g/mol, M(6O2): 192.0 g/mol; m = V· p·M /(R·T); m=0.528/6 = 0,088 kg Glucose]
8. Wie könnte der Dampfdruck einer Flüssigkeit gemessen werden? [Flüssigkeit in einen Kolben geben, Vakuum ansetzen, der tiefste mit der Vakuumpumpe erreichbare Druck ist der Dampfdruck der Flüssigkeit]
9. Welchen Zusammenhang zwischen dem Siedepunkt und dem Atom- resp, Molekülbau einer Substanz kann man finden? [Je schwerer die Moleküle, desto höher Schmelz- und Siedepunkt. Je polarer eine Substanz und je stärker die intermolekularen Bindungen, desto höher Schmelz- und Siedepunkt]
10. Wie könnten Sie die Atommasse von Calcium bestimmen? Beschreiben Sie das Experiment.; Temperatur: 20°C; Druck: 96’000 Pa [Ca + 2 HCl è CaCl2 + H2; das H2 wird aufgefangen, das Volumen bestimmt und so die Anzahl Mole berechnet. n=m/M; M=m/n; Hat man die Masse des verwendeten Calciums und die Anzahl Mole n, dann lässt sich M berechnen]
11. Um welchen Faktor nimmt das Volumen von Wasser bei Normalbedingungen zu, wenn es vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht? [Normalbedingungen; 0°C, 1 bar; 18 cm3 Wasser (= 1 Mol = 18 Gramm) werden zu 22.4 Litern= 22400 cm3; Das Volumen nimmt um den Faktor 1244 zu!!]
12. Sie haben sicher schon von den Gasgesetzen gehört. Gelten diese Gesetze auch für „Eisengas“? [Das Gasgesetz gilt nur, wenn sich die Temperatur des Gases nicht nahe dem Siedepunkt befindet. Für Eisen wäre dies möglichst hoch über dem Siedepunkt, z.B. über 2800 °C]
13. Stellen Sie sich vor, es würde Ihnen gelingen, ein Gas auf den absoluten Nullpunkt abzukühlen. Was würde dann nach dem Gasgesetz mit dem Gas passieren? [p und V wären unbestimmt, wenn T=0 ist!!]
14. Sie machen eine Fahrt mit einem Gasballon. Womit ist der Ballon gefüllt? [Heute sind die Ballone und die Zeppeline mit Helium und nicht mit dem reaktiven und leicht brennbaren Wasserstoff gefüllt]
15. Wenn sie den Start eines Wetterballons beobachten, wird Ihnen sicher auffallen, dass dieser mit wesentlich weniger H2 gefüllt ist, als die Ballonhülle aufnehmen könnte. Geschieht dies aus Spargründen? [Nein, da sich das Gas in der Höhe infolge des tieferen Luftdrucks ausdehnt, würde der Ballon bei ganzer Füllung am Boden platzen]
16. Zeigen Sie, wie man von der allgemeinen Gasgleichung auf die Gleichung für gelöste Stoffe, also die Osmose kommen kann. [p·V=n·R·T; p=n/V·R·T; c= n/V; p=c·R·T]
17. Wieviel Gramm Salz pro Liter benötigen Sie um ein leichtes Wachstum von Mikroorganismen auf Nahrungsmitteln bei 20°C zu unterbinden? (Druck<18 bar). [p= R*T*c; c= p/(R*T); c=n/V=m/(M*V); m=p*V*M/(R*T); M= 58.45*10-3 kg/mol; p= 105 Pa; V= 0.001 m3; R= 8.31441; T=293.15 K; m=0.0024 kg= 2.4 Gramm/Liter]
18. Warum haben Bonbons nie Pilze? Kennen Sie andere Lebensmittel, die auf dieselbe Art konserviert sind? [Sie haben soviel Zucker, dass der osmotische Druck zu gross ist für Einzeller. Diesen wird das Wasser entzogen, kandierte Früchte, gesalzene Fische, getrocknete Lebensmittel, Maripan etc.]
19. Sie finden einen Schwerverletzten mit grossem Blutverlust. Wäre es da nicht gut, Sie würden das Blut mit etwas keimfreiem, destilliertem Wasser verdünnen? [Nein, auf keinen Fall!! Die roten Blutkörperchen würden das Wasser wegen der Osmose sofort aufnehmen und platzen. Eine 0.9%ige Kochsalzlösung wäre als kurzzeitiger Ersatz möglich]
Redoxreaktionen
1. Bei einer Redoxreaktion nimmt ein Metall und ein Nichtmetall teil. In welcher Richtung erfolgt der Elektronenübergang? [Vom Metallatom zum Nichtmetallatom, da Metalle Elektronen abgeben]
2. Sie haben in Ihrem Labor Benzin nur unvollständig verbrannt. Können Sie Auskunft über die entstandenen Substanzen geben? [Russ, unverbranntes und teilverbranntes Benzin und CO und zusätzlich die normalen Verbrennungsprodukte CO2, H2O]
3. Sie verbrennen C8H18. Wie lautet die Reaktionsgleichung? [2 C8H18 + 25 O2 è 16 CO2 + 18 H2O]
4. Wie kann man mit der Oxidationszahl beurteilen, ob ein Stoff gefährlich ist oder nicht? Geben Sie ein Beispiel. [Eine ungewöhnliche Oxidationszahl weist immer auf eine erhöhte chemische Reaktivität hin. NO: N hat die Oxidationszahl 2+, statt 3- oder vielleicht noch 5+ (ist schon schlechter)]
5. Schreiben Sie die Oxidationszahlen zum Element Chlor in folgenden Verbindungen : CI2, HOCl, HCl, KClO3, KClO4; Was sagen diese Oxidationszahlen aus? [CI2,: 0, ist reaktiv, will noch 1 e aufnehmen, HOCl: 1+; ist sehr reaktiv, sucht Elektronen, HCl: 1-, ist stabil , KClO3,: 5+, ist nicht stabil, sucht Elektronen; KClO4: 7+, ist nicht stabil, möchte viel lieber 1 e aufnehmen, als 7 e abgeben. Sucht Elektronen bei einem schwächeren Partner]
6. Zeigen Sie, wer bei der Verbrennung von Erdgas (CH4) oxidiert und wer reduziert wird, indem Sie die chemische Gleichung für die Verbrennung aufschreiben und ausgleichen. [CH4 +2 O2 è CO2 + 2 H2O; C4- è C4+ : wird positiver, wird oxidiert, H1+ è H1+ : bleibt; O 0 è O2- : wird negativer, wird reduziert]
7. Schreiben Sie die Oxidations-, die Reduktions- und die Redoxgleichung auf für die Photosynthese. Interpretieren Sie. [6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2: Reduktion: C4+ C0 - 4e; Oxidation: 2 O2- O2 0 + 4e; Kohlendioxid wird aufgespalten. Der nicht reaktionsfähige Kohlenstoff C4+ wird zum reaktionsfähigeren C0, ebenso wird der unreaktive O2- zum reaktiven O0, dazu braucht es Energie, die Sonnenenergie]
8. Welche Redoxreaktion läuft bei der Herstellung von Aluminium aus Aluminiumoxid ab? Weshalb ist Aluminium ein so besonderer Werkstoff? [2 Al2O3 4 Al + 3 O2; Al3+ Al0 -3e; 2 O2- O20 +4e; Al ist eigentlich sehr reaktiv. Es überzieht sich aber mit einer dünnen Schicht von Aluminiumoxid, welches dieselbe Gitterstruktur hat, und daher genau passt. Aluminiumoxid ist sehr stabil, damit ist dieser Werkstoff korrosionsbeständig gegen viele Einflüsse. Aluminium ist sehr leicht, es leitet den elektrischen Strom sehr gut und ist relativ billig]
9. Zeigen Sie das Prinzip der Herstellung von Aluminium? [2 Al2O3 4 Al + 3 O2 ; mittels einer elektrischen Spannung werden jedem Sauerstoff in Al2O3 an der Anode je 2 Elektronen weggenommen, und dem Al3+ an der Kathode gegeben. Dabei bildet sich Aluminium und Sauerstoff. Der Prozess spielt sich in der Schmelze von Aluminiumoxid ab. Die Elektroden sind aus Graphit (C). Diese werden vom 900°C heissen Sauerstoff angegriffen und bilden CO2]
10. Wie können Sie aus Kochsalz Chlor herstellen? [NaCl muss in Form von Na+ und Cl- vorliegen. In der Schmelze mit elektrischem Strom: 2 NaCl 2 Na + Cl2 ; oder in einer wässrigen Lösung, dabei entsteht nicht Natrium sondern NaOH, weil Natrium sehr reaktiv ist]
11. Wie könnte man elektrische Energie mit Hilfe von Wasser auf chemischem Wege speichern? [Elektrolyse von Wasser: 2 H2O 2 H2 + O2 ; wird die Energie wieder benötigt, so lässt man die Reaktion umgekehrt laufen, entweder man gewinnt direkt elektrischen Strom (Brennstoffzelle), oder man verbrennt den Wasserstoff und gewinnt damit Wärmeenergie]
12. Wie könnte man sich vorstellen, dass man Rost (Fe2O3) auf einer alten Rüstung wieder in Eisen zurückverwandeln könnte? [Fe2O3 + 3 H2 2 Fe + 3 H2O; man stellt die Rüstung in einen Schrank mit Wasserstoff und heizt solange auf, bis die Reaktion einsetzt. Dabei entsteht reines Eisen. Das Wasser muss abgefangen werden.]
13. Welche Prozesse laufen ab, wenn sie Gleichstrom durch eine wässrige Lösung von Calciumchlorid leiten? [CaCl2 in Wasser löst sich auf zu Ca2+ und 2 Cl- ; Kathode: Ca2+ + 2e Ca0 ; Anode: 2 Cl- -2e Cl2; Calcium ist sehr reaktiv, es reagiert sofort mit dem Wasser: Ca + 2H2O Ca(OH)2 + H2;]
14. Wieviel Milligramm Gold Au3+ wird in 30 Minuten an der Kathode abgeschieden, wenn die Stromstärke 30 Milliampere beträgt? [I =Q/t; Q= n*F*z; n=m/M; I=m*F*z/(M*t); m=I*M*t/(F*z); M=196.966*103 mg; ); I= 30*10-3 A; t= 1800 s; F=9.648*104 C/mol; z=3; m=3675 mg]
15. Beschreiben Sie die Herstellung von Eisen im Hochofen. [Fe2O3 + 3 C 2 Fe + 3 CO2; Eisenerz wird mit Kohle zusammen aufgeheizt. Dabei wird auch CO gebildet, welches als Gas überall mit dem Eisenerz reagieren kann. Das Eisenerz wird zu Eisen reduziert, der Kohlenstoff wird zu Kohlendioxid oxidiert]
16. Nennen Sie zwei Voraussetzungen, damit ein elektrischer Strom fliesst! [Es müssen Ladungen vorhanden sein. Diese Ladungen müssen beweglich sein]
Thermodynamik
1. Was sagt Ihnen ein stark negatives Fehler! Textmarke nicht definiert.H° einer Reaktion aus? [Es wird viel Energie in Form von Wärme, bei konstantem Druck frei]
2. Im Bach, in Ihnen, in der Luft, im Zwieback, fast überall findet man Wasser. Warum kommt Wasser an so vielen Orten und in solchen Mengen vor? [Wasser ist eine Verbindung, die energetisch ungemein tief liegt. So ist es ausserordentlich stabil]
3. Wie kann die Reaktionsenthalpie z. B. der Reaktion :2 Fe + 2 H2O + O2 2 FeOOH + H2 abgeschätzt werden. Welcher Prozess ist mit dieser Reaktion beschrieben? [Fehler! Textmarke nicht definiert.EN: Fe: 0; 2 H2O: 2*2*1.4=5.6; O2: 0; FeOOH: 2*(2*1.7+1.4)=9.6; Fehler! Textmarke nicht definiert.= 4.0; die Produkte sind viel polarer, als die Edukte, Fehler! Textmarke nicht definiert.H°<0, es wird warm; Das ist das Rosten von Eisen!! Es braucht Wasser und Sauerstoff]
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1. Was sagt der Satz von Hess aus? Geben Sie die Erklärungen an folgendem Beispiel: Berechnen Sie das Fehler! Textmarke nicht definiert.H° für die Reaktion: CaO + CO2 CaCO3. Folgende Gleichungen sind gegeben: a)CaO Ca + 1/2 O2; Fehler! Textmarke nicht definiert.H°=+635 kJ/mol ; b)CO2 C + O2; Fehler! Textmarke nicht definiert. H°=+393 kJ/mol; c)Ca + C + 3/2 O2 CaCO3; Fehler! Textmarke nicht definiert.Hf°=+208 kJ/mol; Zeichnen Sie das Diagramm. [a)+b)+c); Fehler! Textmarke nicht definiert.H°=+1236 kJ, die Edukte liegen energetisch tiefer, als das Produkt, das Produkt ist weniger stabil als die Edukte]
2. Beurteilen Sie die Assimilation der grünen Pflanzen von Kohlendioxid und Wasser zu Traubenzucker(I) und Sauerstoff mit Hilfe der Gleichung von Gibbs. [6 CO2(g) + 6 H2O(l) C6H12O6(s) + 6 O2(g): Fehler! Textmarke nicht definiert.H°>0, es handelt sich um die Umkehrreaktion einer Verbrennung, kann aber auch mit dem Fehler! Textmarke nicht definiert.EN abgeschätzt werden, Fehler! Textmarke nicht definiert.S°<0, da eine Flüssigkeit zu einem Festkörper wird und zusätzlich noch die Anzahl Teilchen abnimmt; Fehler! Textmarke nicht definiert.G°=Fehler! Textmarke nicht definiert.H°+T*Fehler! Textmarke nicht definiert.S°>0; ist immer grösser 0, d.h. diese Reaktion braucht immer Energie, Sonnenenergie]
3. Was haben Abfälle mit Entropie zu tun? [In den Abfällen sind eigentlich noch alle wertvollen Rohstoffe vorhanden. Sie sind aber in einer derart ungünstigen Form vorhanden, verteilt, verschmutzt, vermischt etc. dass der Aufwand diese erneut zu nutzen sehr gross ist. Die Energie, um diese Unordnung zu Ordnung zu bringen ist gross]
4. Berechnen Sie die minimale oder maximale Temperatur für die Oxidation von Eisen zu Eisenoxid. Gegeben: Fe2O3: Hf°=-824, S°=87; Fe: Hf°=0, S°=27; O2: Hf°=0, S°=205; Fehler! Textmarke nicht definiert.H° in kJ/mol, S° in J/mol K. [4Fe + 3O2 2Fe2O3; Fe: Fehler! Textmarke nicht definiert.H°: 2*(-824) - 3*0-4*0= -1648 kJ; Fehler! Textmarke nicht definiert.S°= 2*87-3*205-4*27= -549 j/K; T=Fehler! Textmarke nicht definiert.H°/Fehler! Textmarke nicht definiert.S°= (-1648*103)/(-549)= 3001 K; oberhalb dieser Temperatur kann die Reaktion nicht mehr selbständig laufen]
5. Beurteilen Sie das Fehler! Textmarke nicht definiert.G° der folgenden Reaktion: 2 Na (I) + S (I) Na2S (I). Können Sie sich vorstellen, dass diese Reaktion zur Energieerzeugung eingesetzt werden könnte? Weshalb muss die Reaktion oberhalb einer bestimmten Temperatur durchgeführt werden? [Fehler! Textmarke nicht definiert.H°<0, die Produkte sind polarer, als die Edukte; S°<0; es bilden sich weniger Teilchen (3 è 1); T darf nicht zu gross sein. Nun sind aber alles Festkörper. Will man diese zur Reaktion bringen, so muss mindestens eine Substanz flüssig oder gasförmig sein. Hier ist es der Schwefel, der geschmolzen werden muss. Diese Reaktion ist für wiederaufladbare Batterien vorgesehen]
6. Zeigen Sie qualitativ, dass man das Salzen der Strassen die Eisbildung nur bis zu einer gewissen Temperatur unterdrücken kann. [NaCl(s) Na+(l) + Cl-(l); das Salzgitter wird beim Salzen aufgelöst; [Fehler! Textmarke nicht definiert.H°>0; S°>0; ein Festkörper wird zu Flüssigkeiten, und zusätzlich bilden sich mehr Teilchen; wenn [Fehler! Textmarke nicht definiert.G°<0 sein soll, muss T eine gewisse Temperatur überschreiten, oder anders, wenn es zu kalt ist, funktioniert das Salzen mit Kochsalz nicht mehr]
7. Als Kältespray wird z. B. Dichlorethan, eine Flüssigkeit, die sehr schnell verdunstet, verwendet. Erklären Sie den Prozess, der für die Kältewirkung verantwortlich ist. [Eine Flüssigkeit wird zu einem Gas. Es braucht Energie für die Verdunstung. Diese Energie wird über die Haut dem Körper entzogen]
8. Erklären Sie die Vorteile des Dampfkochtopfs für die Zubereitung von Gemüse, und brauchen Sie dabei auch Aussagen über die Enthalpie und die Entropie. [Es lassen sich höhere Temperaturen erreichen, weil der Druck grösser ist - es geht rascher. Das Wasser verdunstet nicht, somit muss diese Verdampfungswärme nicht zugeführt werden - es braucht weniger Energie]
9. Gleichen Sie die Gleichung aus, und beurteilen Sie das DG folgender Reaktion und geben Sie an, welche Substanzen reaktiv sind: KI(s) + KMnO4(s) + H2O(l) è I2(s) + MnO2(s) + KOH(s) [6,2,4;3,2,8] [Mn7+, I2,]
10. Gleichen Sie die Gleichung aus, und beurteilen Sie das DG folgender Reaktion und geben Sie an, welche Substanzen reaktiv sind: H2S(g) + HNO3 (l)è S(s) + NO(g) + H2O(l) [3,2;3,2,4; N5+ etwas, NO]
11. Gleichen Sie die Gleichung aus, und beurteilen Sie das DG folgender Reaktion und geben Sie an, welche Substanzen reaktiv sind: NH3(g) + O2(g) è NO(g) + H2O(l) [4,5;4,6; O20 elektroneg., NO]
12. Gleichen Sie die Gleichung aus, und beurteilen Sie das DG folgender Reaktion: Brom mit Barium [Br2(g) + Ba(s) è BaBr2(s) ; DH<0 es wird warm, DS<0 gè s; DG<0 unterhalb best. Temp.]
13. Gleichen Sie die Gleichung aus, und beurteilen Sie das DG folgender Reaktion: Stickstoff mit Calcium [N2(g) + 3Ca(s) è Ca3N2(s) DH<0 es wird warm, DS<0 gè s; DG<0 unterhalb best. Temp.]
14. Gleichen Sie die Gleichung aus, und beurteilen Sie das DG folgender Reaktion: Schwefel mit Sauerstoff [2S(s) + 3O2(g) è 2SO3(g); DH<0 es wird warm, DS>0 sèg; DG<0 bei allen Temp.]
15. Gleichen Sie die Gleichung aus, und beurteilen Sie das DG folgender Reaktion: Lithium mit Phosphor [3Li(s) + P(s) è Li3P(s); DH<0 es wird warm, DS<