Übungsaufgaben für EUM 2.pdf
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<strong>Übungsaufgaben</strong> <strong>für</strong> <strong>EUM</strong> 2 / Chemie SS 2001 (1)<br />
3.1.) Das Element Barium gewinnt man aus seinem Oxid BaO. Dazu wird BaO mit geschmolzenem Aluminium und Bariumoxid<br />
gemeinsam erhitzt. Es bildet sich dabei neben flüssigem elementaren Barium Aluminiumoxid Al2O3. Bestimmen Sie die<br />
Reaktionsgleichung <strong>für</strong> diese Reaktion.<br />
3.2.) Die chemische Gleichung, die die Fällung von Bariumiodat, Ba(IO3)2, aus der Mischung einer Bariumnitratlösung,<br />
Ba(NO3)2(aq), und einer Ammoniumiodatlösung, NH4IO3(aq), beschreibt, lautet:<br />
Ba(NO3)2(aq) + 2 NH4IO3(aq) → Ba(IO3)2(s) + 2 NH4NO3(aq)<br />
Formulieren Sie die Netto-Ionengleichung dieser Fällungsreaktion.<br />
3.3.) Welches Produkt wird wohl entstehen, wenn man wäßrige Lösungen von Natriumphosphat, Na3PO4, und Bleinitrat,<br />
Pb(NO3)2, mischt. Formulieren Sie die Netto-Ionengleichung.<br />
3.4. Welches Salz wird gebildet, wenn wir eine wäßrige Lösung von Bariumhydroxid mit Schwefelsäure neutralisieren?<br />
3.5.) Bei der Reaktion einer wäßrigen Ammoniaklösung mit Salzsäure entsteht Ammoniumchlorid. Zeigen Sie, daß es sich bei<br />
der eigentlichen Neutralisationsreaktion um eine Übertragung eines Protons von einer Säure auf eine Base handelt.<br />
3.6.) Formulieren Sie die Redoxgleichungen (sowohl <strong>für</strong> die Oxidation als auch <strong>für</strong> die Reduktion) <strong>für</strong> einen Prozeß, bei dem<br />
metallisches Zink zu Zink-Ionen (Zn2+ ) oxidiert und Wasserstoff-Ionen zu gasförmigem Wasserstoff reduziert werden. Die Zinkund<br />
die Wasserstoff-Ionen befinden sich dabei in wäßriger Lösung.<br />
3.11.) Übergießt man ein Stück metallischen Kupfers mit verdünnter Salpetersäure, so entstehen Kupfer(II)-Ionen und<br />
gasförmiges Stickstoffmonoxid (NO). Formulieren Sie <strong>für</strong> diese Reaktion eine ausgeglichene Reaktionsgleichung.<br />
4.1.) Wie viele Mol N2 werden benötigt, um bei der Haber-Bosch-Synthese 5,0 mol NH3 zu erzeugen? Die Reaktionsgleichung<br />
dieser Synthese lautet:<br />
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)<br />
4.2.) Ein aus der Sicht des Umweltschutzes häufig diskutiertes Problem ist die Zunahme des Gehalts der Atmosphäre an<br />
Kohlendioxid. Berechnen Sie die Masse des bei der Verbrennung von 100 g Propan (C3H8) entstehenden Kohlendioxids. Die<br />
Reaktions-gleichung dieser Verbrennung lautet:<br />
C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(g).<br />
4.3.) Welche Masse an Aluminium muß <strong>für</strong> eine Reaktion eingesetzt werden, damit bei der Reaktion mit 10,0 kg Chrom(III)oxid<br />
ein vollständiger Umsatz des Oxids zum elementaren Chrom erfolgt? Die Reaktionsgleichung <strong>für</strong> diesen Prozeß lautet:<br />
2 Al(l) + Cr2O3(s) → Al2O3(s) + 2 Cr(l).<br />
4.4.) Gibt man eine sehr große Menge Wasser zu 100 g Calciumcarbid (CaC2), so entstehen<br />
28,3 g des Gases Ethin (Acethylen C2H2). Berechnen Sie die prozentuale Ausbeute an Ethin. Legen Sie dabei folgende<br />
Reaktionsgleichung zugrunde:<br />
CaC2(s) + 2 H2O(l) → Ca(OH)2(s) + C2H2(g).
<strong>Übungsaufgaben</strong> <strong>für</strong> <strong>EUM</strong> 2 / Chemie SS 2001 (2)<br />
1.) In einer einfachen Kalorimeteranordnung wird Wasser durch einen elektrischen Kocher zum Sieden gebracht. Danach<br />
wird die Wärmezufuhr so lange aufrecht erhalten, bis 35 g Wasser verdampft sind. Aus der Leistungsaufnahme des Kochers<br />
und der verstrichenen Zeit wird die beim Verdampfen übertragenen Wärme zu 79 kJ berechnet. Berechnen Sie die molare<br />
Verdampfungsenthalpie von Wasser bei 100 °C.<br />
2.) Die Reaktion von 1,25 g Eisen mit Schwefel unter Bildung von Eisen(II)sulfid setzt 2,24 kJ Wärme. Berechnen Sie die<br />
Reaktionsenthalpie <strong>für</strong> die Gleichung:<br />
Fe(s) + S(s) → FeS(s)<br />
3.) Die Verbrennung von Propan wird durch folgende Gleichung beschrieben:<br />
C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(l) ∆H = -2220 kJ<br />
Berechnen Sie die Masse an Propan, die verbrannt werden muß, um 350 kJ an Wärme zu gewinnen. Dies ist gerade der<br />
Wärmebedarf, der benötigt wird, um einen Liter Wasser von Raumtemperatur (20 °C) bis zum Siedepunkt zu erhitzen.<br />
4.) Wir möchten die Reaktionsenthalpie <strong>für</strong> die unvollständige Verbrennung von Octan zu Kohlenmonoxid und Wasser<br />
bestimmen:<br />
2 C8H18(l) + 17 O2(g) → 16 CO(g) + 18 H2O(l)<br />
Die Standard-Reaktionsenthalpie <strong>für</strong> die vollständige Verbrennung von zwei Mol Octan beträgt :<br />
2 C8H18(l) + 25 O2(g) → 16 CO2(g) + 18 H2O(l) ∆H° = -10942 kJ<br />
Für die Oxidation von zwei Mol CO beträgt die Standard-Reaktionsenthalpie:<br />
2 CO(g) + O2(g) → 2 CO2(g) ∆H° = -566,0 kJ<br />
5.) Geben Sie die Lewis-Strukturformel des Chlorwasserstoff-Moleküls an und bestimmen Sie, wieviele freie Elektronenpaare<br />
jedes Atom besitzt.<br />
6.) Welches Ion zeigt stärkere Wechselwirkung mit einem Wassermolekül, das Na+- oder<br />
das K+-Ion?<br />
7.) Welche Verbindung sollte Ihrer Ansicht nach den höheren Siedepunkt haben,<br />
p-Dichlorbenzol oder o-Dichlorbenzol?<br />
8.) Berechnen Sie die Wärmemenge, die nötig ist, um 100 g Eis von –20 °C in Wasserdampf<br />
von 110 °C unter Verwendung nachfolgenden Angaben umzuwandeln:<br />
spezifische Wärme von H2O(s): 2,1 J g-1 °C-1<br />
spezifische Wärme von H2O(l): 4,2 J g-1 °C-1<br />
spezifische Wärme von H2O(g): 2,0 J g-1 °C-1<br />
Schmelzenthalpie von H2O(s): 6,01 kJ mol-1<br />
Verdampfungsenthalpie von H2O(l): 40,7 kJ mol-1
Verwenden Sie zur Umrechnung von Gramm in Mol H2O die Molmasse von H2O,<br />
18,02 g mol-1.
<strong>Übungsaufgaben</strong> <strong>für</strong> <strong>EUM</strong> 2 / Chemie SS 2001 (3)<br />
Löslichkeit<br />
1.) Ist Silberbromid in heißem Wasser besser oder schlechter löslich als in kaltem Wasser?<br />
2.) Für welches Ion erwarten wir eine negativere Hydratationsenthalpie, <strong>für</strong> Ca 2+ oder Sr 2+ ?<br />
Chemisches Gleichgewicht, Gleichgewichtskonstante<br />
3.) 3,0 x 10-3 mol H2/L, 1,0 x 10-3 mol N2/L und 2,0 x 10-3 mol NH3/L wurden gemischt und<br />
auf 500 °C erhitzt. Bei dieser Temperatur ist Kc = 0,11 <strong>für</strong> N2(g) + 3 H2(g) ↔ 2 NH3(g).<br />
Berechnen Sie Qc und sagen Sie vorher, ob die Reaktion dazu tendiert, Ammoniak zu<br />
bilden oder zu zersetzen.<br />
4.) Eine Mischung aus 0,500 mol N2/L und 0,800 mol H2/L reagiert in einem Reaktionsgefäß<br />
und erreicht das Gleichgewicht. Im Gleichgewicht beträgt die Ammoniakkonzentration<br />
0,150 mol/L. Berechne den Wert der Gleichgewichtskonstanten <strong>für</strong>:<br />
N2(g) + H2(g) ↔ 2 NH3(g)<br />
5.) Eine Mischung aus Wasserstoffgas und Ioddampf wurde solange auf 490 °C erhitzt,<br />
bis sich das Gleichgewicht einstellte. Bei dieser Temperatur ist <strong>für</strong> die Reaktion<br />
H2(g) + I2(g) ↔ 2 HI(g) Kc = 46.<br />
Die Gleichgewichtskonzentration bestimmte man spektroskopisch zu 0,0031 mol I2/L<br />
und 0,0027 mol HI/L. Berechnen Sie die molare Konzentration an H2 im Gleichgewicht.<br />
6.) Stickstoffmonoxid, NO, ist ein luftverunreinigender Stoff, der in Verbrennungsmotoren<br />
entsteht. Dieses Produkt bildet sich in der Reaktion zwischen Stickstoff und Sauerstoff<br />
bei den hohen Temperaturen, die in Verbrennungsmotoren herrschen. Die Gleichgewichtskonstante<br />
der Reaktion<br />
N2(g) + O2(g) ↔ 2 NO(g)<br />
ist Kc = 1,00 x 10-5 bei 1200 °C. Berechnen Sie die Gleichgewichtszusammensetzung in<br />
einem Reaktionsgefäß, das zu Beginn 0,800 mol N2/L und 0,200 mol O2/L enthielt.<br />
Verschiebung von Chemischen Gleichgewichten<br />
7.) Sagen Sie die Auswirkung einer Druckerhöhung auf die Gleichgewichtszusammensetzung<br />
der Reaktionen 1) N2O4(g) ↔ 2 NO2(g) und 2) H2(g) + I2(g) ↔ 2 HI(g)<br />
voraus.<br />
8.) Eine wichtige Stufe bei der Produktion von Schwefelsäure ist die Bildung von<br />
Schwefeltrioxid durch die Reaktion von SO2 mit O2 in Gegenwart eines<br />
V2O5-Katalysators. Sagen Sie voraus, wie sich die Gleichgewichtszusammensetzung der
Schwefeltrioxidsynthese ändern will, wenn man die Temperatur erhöht. Die<br />
thermochemische Reaktionsgleichung lautet:<br />
2 SO2(g) + O2(g) ↔ 2 SO3(g) ∆H° = -198 kJ
<strong>Übungsaufgaben</strong> <strong>für</strong> <strong>EUM</strong> 2 / Chemie SS 2001 (4)<br />
Säuren, Basen, Salze und pH-Wert<br />
1.) Schreiben Sie die Formeln <strong>für</strong> a) die konjugierte Base von OH- b) die konjugierte Säure von HPO42- ; c) die konjugierte Base von HPO42- .<br />
2.) Die Konzentration der Hydronium-Ionen im Saft roher Karotten beträgt (bei 25 °C)<br />
1,0 x 10-5 mol/L. Wie groß ist die Konzentration der Hydroxid-Ionen?<br />
3.) Wie groß sind die molaren Konzentrationen von H3O + , OH- und NO3 - in einer 0,0030 M<br />
HNO3(aq)-Lösung bei 25 °C?<br />
4.) Welchen pH-Wert hat a) menschliches Blut mit einer Konzentration an Hydronium-Ionen<br />
von 4,0 x 10-8 mol/l; b) 0,020 M HCl (aq); c) 0,040 M KOH(aq) ?<br />
5.) Berechnen Sie den pH-Wert einer 0,010 M Sr(OH)2 (aq) -Lösung bei 25 °C.<br />
6.) Berechnen Sie den pH-Wert einer Lösung, die durch die Zugabe von 15,0 mL einer<br />
0,340 M NaOH (aq) zu 25,0 mL einer 0,250 M HCl (aq) entsteht.<br />
7.) Entscheiden Sie anhand der Tabelle, welche Verbindung der folgenden Paare jeweils<br />
die stärkere Säure oder Base in Wasser ist: a) HF oder HIO3; b) NO3 2- oder CN- .<br />
8.) Sagen Sie vorher, welche Säure in den folgenden Paaren jeweils stärker ist, und<br />
erklären Sie warum: a) H2S und H2Se; b) H2SO4 und H2SO3; c) H2SO4 und H3PO4.<br />
9.) Berechnen Sie den pH-Wert einer Pufferlösung aus 0,040 M Na2HPO4 (aq) und<br />
0,080 M KH2PO4 (aq) .<br />
10.) Nehmen wir an, wir lösen 1,2 g (0,030 mol) NaOH in 500 mL einer Pufferlösung, die<br />
nach den Angaben in Aufgabe 9). hergestellt wurde. Berechnen Sie den pH-Wert der<br />
resultierenden Lösung und die eingetretene pH-Änderung.<br />
Gehen Sie davon aus, daß sich weder das Volumen noch die Temperatur ändert.<br />
11.) Berechnen Sie, welches Konzentrationsverhältnis der CO3 2- - und der HCO3 - -Ionen man<br />
benötigt, um ein Puffersystem bei pH 9,5 herzustellen.<br />
Der pKa2-Wert von H2CO3 ist 10,25.<br />
12.) Welche Masse an Natriumcarbonat muß man zu 500 mL einer 0,40 M NaHCO3 (aq)<br />
geben, wenn man die Pufferlösung aus Aufgabe 11.) herstellen will? Gehen Sie davon<br />
aus, daß sich das Volumen der Lösung bei Zugabe des Feststoffes nicht ändert.<br />
13.) Die molare Löslichkeit von Silberchromat, Ag2CrO4, beträgt 6,5 x 10-5 mol/L.<br />
Berechnen Sie den Ks-Wert <strong>für</strong> Ag2CrO4.
14.) Angenommen wir mischen 25,0 mL einer 0,0010 M AgNO3 (aq) -Lösung mit 75,0 mL<br />
einer 0,0010 M Na2CO3 (aq) -Lösung. Fällt Ag2CO3 aus?<br />
Der Ks-Wert von Ag2CO3 ist 6,2 x 10 –12 bei 25 °C.
<strong>Übungsaufgaben</strong> <strong>für</strong> <strong>EUM</strong> 2 / Chemie SS 2001 (5)<br />
Thermodynamik / Entropie<br />
1.) Wie ändert sich die Entropie, wenn 100 g Wasser von 0 °C im Gefrierfach eines<br />
Kühlschranks bei 0 °C gefrieren?<br />
2.) Berechnen Sie die Standardreaktionsentropie der Synthese von 2 mol NH3(g) bei 25 °<br />
gemäß der Reaktion:<br />
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)<br />
Kohlenwasserstoffe<br />
3.) Benennen Sie die folgende Verbindung:<br />
4.) Schreiben Sie die Formel <strong>für</strong> 5-Ethyl-2,3-dimethyloctan.<br />
5.) Benennen Sie die folgenden Verbindungen:<br />
a) CH3CH2CH2CH=CH2 b) CH2=CHCH2CH2CH3<br />
6.) Bezeichnen Sie die beiden folgenden Isomere:<br />
7.) Geben Sie die systematischen Namen <strong>für</strong> folgende Substanzen an:<br />
8.) Klassifizieren und benennen Sie folgende organische Verbindungen:<br />
a) CH3CH2CH2CH2OH<br />
b) CH3CH2COCH3<br />
c) CH3CH2CH2COOH