Lösung 10
1. In beiden Fällen handelt es sich um Säure-Base Reaktionen. Aus den angegebenen pKa- bzw. pKb-Werten können die entsprechenden Werte für die korrespondierenden Teilchen berechnet werden.
pKa + pKb = 14
Der pKa für H3O+ ist definitionsgemäss 0 und damit der pKb für Wasser 14.
Im ersten Fall ist H3O+ die stärkere Säure (Protonendonator) als NH4+
. Folglich liegt das Gleichgewicht rechts. Man kann die Argumentation natürlich auch über die Basestärke führen. Ammoniak ist eine stärkere Base (Protonenakzeptor) als Wasser.
Im zweiten Fall ist Wasser eine stärkere Base als PH3. Folglich liegt das Gleichgewicht links.
NH3 (aq) + H3O+ (aq) + Cl -(aq)
PH3 (aq) + H3O+ (aq) + Cl -(aq)
NH4+ (aq) + H2O + Cl -(aq)
PH4+ (aq) + H2O + Cl -(aq) pKa
pKb 4.75
9.25 0
14
pKa
pKb 26
-12 0
14
2. Ammoniak entsteht gemäss folgender Reaktionsgleichung aus den Elementen:
Fe2O3
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) ∆RH° = -92.3 kJ/mol Alle Edukte und Produkte liegen als Gase vor. Entsprechend der angegebenen Stöchiometrie verläuft die Reaktion unter Volumenabnahme. Folglich verschiebt sich das Gleichgewicht bei Druckerhöhung nach rechts (Prinzip von Le Chatelier). Bei einer exothermen Reaktion verschiebt sich das Gleichgewicht bei Temperaturabnahme nach rechts. Die Ammoniak-Ausbeute erhöht sich mit steigendem Druck und sinkender Temperatur. Die höchste Ausbeute wird folglich im Fall c) 400 bar , 400°C, erreicht.
3.
BCl3 + 3 H2O H3BO3 + 3 HCl SnCl4 + 4 H2O Sn(OH)4 + 4 HCl SF4 + 3 H2O H2SO3 + 3 HF SF6 + H2O
Schwefelhexafluorid ist chemisch fast so reaktionsträge wie elementarer Stickstoff. Es handelt sich hierbei jedoch um eine kinetische (koordinative Sättigung, sterische Hinderung) und nicht um eine thermodynamische Stabilität.
4. a) H3PO4 < H2SO4 d) HSO4 – < SO4
2–
b) H2SO4 > H2SO3 e) F– > Br– c) H2Se < HBr f) ClO3
– > ClO4 –
Schwächer als: < ; stärker als: >
Die Stärke von Sauerstoffsäuren der Elemente nimmt im PSE von links nach rechts zu (a).
Bei Sauerstoffsäuren eines Elementes ist die Säure mit der höheren Ox.-Zahl des Zentralatoms die stärkere (b). Für Basen gilt das umgekehrte (f).
Die Stärke von Elementwasserstoffsäure nimmt im PSE von links nach rechts zu (c) und von unten nach oben ab. In dieser Richtung nimmt folglich die Stärke der konjugierten Basen zu (e).
Schwefelsäure ist eine stärkere Säure als HSO4-
. Folglich ist die konjugierte Base SO42-
eine stärkere Base als HSO4-
(d).
P O
HO OH
OH
S O
HO OH
O
S O
HO OH
O
S
HO OH
O
S O
HO O
O
S O
O O
O a)
b)
d)
O Cl O
O
Cl O
O O
O f)
Auf die Darstellung der freien Elektronenpaare an den Sauerstoffatomen wurde verzichtet.
Bei schwefliger Säure H2SO3 existiert eine zweite tautomere Form, bei der ein Wasserstoffatom direkt an Schwefel gebunden ist.
5. a) Atomradius Si > P
1.Ionisierungsenergie Si < P Elektronegativität Si < P Stärke der Sauerstoffsäure Si < P
b) +4 +4 -4 +4 -3 0 +1 +5 SiH4 , SiO2 , Ca2Si, (CH3)3SiCl, Li3P, P4, H3PO2, POCl3 c)
Alternativ kann das SiO2 auch mit Aluminium reduziert werden.
d)
H2SiO3 würde (analog zur Kohlensäure) eine Si=O-Doppelbindung besitzen.
pπ-pπ-Doppelbindungen werden in der Regel nur zwischen Elementen der 2.Periode gebildet („klassische Doppelbindungsregel“). Silicium als Element der 3.Periode bildet mit Sauerstoff hingegen nur Einfachbindungen.
e) Phosphonsäure H3PO3 ist eine zweibasige Säure, weil das direkt an Phosphor gebundene H-Atom (s. Abb.15.6) nicht der Protolyse unterliegt.
f)
