Übung 9 (Chemie der Elemente der Gruppe 15)
Literatur: Housecroft „Chemistry“, Kap. 22.8-9
1. Prüfungsaufgabe W2011
a) Vergleichen Sie das Element Stickstoff hinsichtlich folgender Eigenschaften mit den angegebenen Elementen. Setzen Sie jeweils ein „<“ (kleiner als) oder „>“ (grösser als) zwischen die Elemente.
Atomradius N C
1.Ionisierungsenergie N P
Elektronegativität N As
Stärke der Sauerstoffsäure N C Stärke der Wasserstoffsäure N F Basischer Charakter der Oxide N Bi
b) Halbkonzentrierte Salpetersäure kann Kupfer unter Bildung von NO zu Cu2+
oxidieren. Formulieren Sie eine stöchiometrisch korrekte Redoxgleichung.
Gegenüber verdünnter Salpetersäure (1 M) verhält sich Kupfer anders. Wie?
Begründen Sie das unterschiedliche Reaktionsverhalten mit Hilfe der relevanten Redoxpotenziale.
c) Vervollständigen Sie folgende Reaktionsgleichungen. Die korrekten stöchiometrischen Faktoren müssen Sie selbst finden.
NF3 + H2O →
NBr3 + H2O →
Mg3N2 + H2O →
NO2 + H2O →
NO + NO2 → ( Temperatur < -10°C)
NO + CO → (Kat.: Pd)
d) Stickstoff bildet mit Sauerstoff unter anderem die Verbindungen N2O3,N2O4, N2O5 und N2O6. Bestimmen Sie jeweils die Oxidationszahlen beider Elemente. Zeichnen Sie korrekte Valenzstrichformeln und geben Sie die jeweilige Hybridisierung der Stickstoffatome an. Welche geometrische Umgebung der Stickstoffatome folgt daraus?
2. Prüfungsaufgabe W2012
a) Vergleichen Sie das Element Phosphor hinsichtlich folgender Eigenschaften mit den angegebenen Elementen. Setzen Sie jeweils ein „<“ (kleiner als) oder „>“ (grösser als) zwischen die Elemente.
Atomradius P S
1.Ionisierungsenergie P As
Elektronegativität P S
Stärke der Sauerstoffsäure (Ox-Stufe +5) P N Stärke der Oxidationsmittel E2O5 P Bi Basischer Charakter der Oxide E2O5 P Bi
b) Geben Sie die Elektronenkonfigurationen für Phosphor in den Oxidationsstufen -3 ; 0 und +3 an.
Berechnen Sie die effektive Kernladungszahl Zeff für ein 3p-Elektron des Phosphor- atoms.
c) Die phosphorhaltigen Verbindungen A – G entstehen bei folgenden Umsetzungen.
Formulieren Sie stöchiometrisch korrekte Reaktionsgleichungen für diese Prozesse.
Ca3(PO4)2 + C + SiO2 → A + ... (T ≈ 1700 K) A + O2 (Unterschuss) → B
A + O2 (Überschuss) → C B + H2O → D C + H2O → E A + H2O + OH─ → F + G
Skizzieren sie die Strukturen von A , B und C.
Zeichnen Sie Valenzstrichformeln von D und E.
3. Schätzen Sie unter Verwendung der unten angegebenen Bindungsenthalpien die Reaktionsenthalpien ∆rH° ab:
2 N2 → N4 (tetraedrische Struktur) 2 P2 → P4 (tetraedrische Struktur)
Gegeben sind die folgenden Werte kovalenter Bindungsenthalpien:
N─N: 160 kJ·mol-1 N≡N: 946 kJ·mol-1 P─P: 209 kJ·mol-1 P≡P: 490 kJ·mol-1
Die Werte der Einfachbindungen beziehen sich auf Strukturen der Elemente mit Koordinationszahl 3. Die Werte für die Dreifachbindung basieren auf der Dissoziation der entsprechenden zweiatomigen Moleküle.
4. Weisser Phosphor P4 wird mit einem Alkalimetall MI, z.B. Natrium, in verschiedenen stöchiometrischen Verhältnissen reduziert. Ermitteln Sie für jede Umsetzung die Summenformel des Produkts. Machen Sie ausserdem einen Strukturvorschlag (Valenzstrichformel) für das jeweilige Anion und bestimmen Sie die formalen Oxidationszahlen für die einzelnen Phosphoratome.
P
P P
P
12 M I
P
P P
P
8 M I
P
P P
P
6 M I
5. Prüfungsaufgabe H2008
Es wurde kürzlich berichtet (Angewandte Chemie, 2008), dass die untenstehende Bismutverbindung 1 in der Lage ist, reversibel CO2 zu binden. Betrachten Sie die Bi- N-Bindung im neutralen (ungeladenen) Molekül 1. Beide Atome sind über vier polare 2-Zentren-2-Elekronenbindungen an ihre Nachbarn gebunden. Eventuell vorhandene freie Elektronenpaare an ) oder Bi sind nicht eingezeichnet!
a) Wieviele Valenzelektronen haben N und Bi im atomaren Zustand?
b) Wie hoch ist die Formalladung am N- bzw. am Bi-Atom in 1?
c) Geben Sie die formalen Oxidationszahlen von N und Bi an.
d) Bestimmen Sie die Anzahl der nichtbindenden Elektronenpaare an N und Bi.
e) Geben Sie die Valenzen von N und Bi an.
Bi
N OH
R + CO2 R N Bi O OH
O
1 2
f) Machen Sie mit Hilfe des VSEPR Modells einen Vorschlag für die Koordinationssphäre am Stickstoff und am Bismut.
N Bi
Valenzelektronenzahl Formalladung
Oxidationszahl
Anzahl nichtbindende Elektronenpaare Valenz
Koordinationspolyeder
