Posten 3: Thermodynamik
A. Begriffe
- Was ist Energie?
- Was ist Enthalpie?
- Was ist Entropie?
- Was ist innere Energie
- was ist der Unterschied zwischen einem geschlossenen und isolierten System?
- Was ist ein Kalorimeter?
- Wie berechnet sich der Wirkungsgrad?
- Was ist die Gibbs-Energie?
B. Aufgaben 1.
In einem Kalorimeter wurden 100g 1mol/kg HCl-Lösung mit 100g 1mol/kg NaOH-Lösung neutralisiert, wobei ein Temperaturanstieg von 6.6°C festgestellt wurde. Die Kalorimeterkonstante CKal wurde zu 30.3 J/K bestimmt. Wie hoch ist die Neutralisationswärme in kJ/mol?
2.
Ammoniakgas lässt sich direkt aus den Elementen herstellen.
a) Berechnen Sie, ob diese Reaktion bei Raumtemperatur (298K) und Standardbedingungen spontan abläuft.
b) Welchen Einfluss hat eine grosse Temperaturerhöhung?
c) Wie gross ist die Gleichgewichtskonstante bei Raumtemperatur?
3.
Berechnen Sie die Siedetemperatur von Brom (Literaturwert 59°C)
Thermodynamische Konstanten (Beachten Sie: und haben verschiedene Einheiten) Stoff ∆fHm0 kJ
mol Sm0 J
K⋅mol Stoff ∆fHm0 kJ
mol Sm0 J K⋅mol
H2(g) 0 131 Br2(l) 0 152
N2 0 192 Br2(g) 31 245
NH3(g) -46 192
Sm0
Posten 4: Kinetik
A. Begriffe
- Reaktionsgeschwindigkeit (RG) - Geschwindigkeitsgesetz - Reaktionsordnung
- Geschwindigkeitskonstante - Zeitgesetz
- Halbwertszeit
- Wie lässt sich die RG beeinflussen?
- Arrhenius-Gleichung - Stosstheorie
B. Aufgaben 1.
Distickstoffpentoxid zerfällt gemäss folgender Gleichung zu Sauerstoff und Stickoxid: 2 N2O5 4 NO2 + O2 .
Die Änderung der N2O5-Konzentration wurde gemessen:
Zeit, s 0 30 60 90 120 c(N2O5), mol/L 0.200 0.170 0.142 0.118 0.100
Rechts ist ein Konz.-Zeit-Diagramm der Messung dargestellt.
a) Berechnen sie die mittlere Zerfallsgeschwindigkeit von N2O5 und die Bildungsgeschwindigkeit von O2 in der Zeitspane von 0 bis 30s.
b) Tragen Sie die Kurve für die Bildung von O2 ins Diagramm ein.
Tipp: Gehen sie von 3-4 Punkten der N2O5-Konzentration aus.
c) In die Messpunkte von N2O5 konnte eine exponentielle Kurve gelegt werden. Was bedeutet das für das Geschwindigkeitsgesetz?
d) Wie gross ist die Halbwertszeit? Wie verändert sie sich mit der Zeit?
d) Formulieren Sie das Geschwindigkeitsgesetz für den Zerfall. Wie ist dieses Gesetz mit der Reaktionsgleichung zu vereinbaren?
e) Die Temperatur, bei der die Reaktion abläuft, wurde um 20°C erhöht. Zeichnen Sie die Messkurve ein, die Sie erwarten.
2.
Eine Mischung aus 4 - 77% Wasserstoffgas und Sauerstoff wird als Knallgasmischung bezeichnet und reagiert durch einen Funken explosionsartig zu Wasser (bei Raumtemperatur ∆G0 = -458 kJ/mol). In einer Flasche überdauert das Gemisch aber über Jahre ohne zu reagieren.
a) Handelt es sich bei Knallgas nun um eine stabile oder instabile Reaktionsmischung? Erläutern Sie.
b) Ein Stück Platin kann das Knallgasgemisch zur Explosion bringen. Um welchen Reaktionstyp handelt es sich hier. Verwenden Sie die Begriffe homogen und heterogen.
0 100 200 300 400
Konz.
[mol/l]
Zeit [Sek.]
0.2
0.1
0
Posten 5: Säure/Base - Reaktionen
A. Begriffe
- Säure (nach Brønsted / nach Lewis) - Base (nach Brønsted / nach Lewis) - Ionenprodukt
- Säurekonstante - pH, pOH
- Protolysediagramm - Titration
- Puffergleichung
B. Aufgaben 1.
Benennen Sie folgende Teilchen oder geben Sie die Formel an:
HNO3: ... Sulfat-Ion: ...
Phosphorsäure: ... Hydroxid-Ion: ...
2.
„Bei Magenbrennen hilft Rennie. Rennie neutralisiert Magensäure und wandelt sie in Wasser und andere Substanzen um.“ Was ist chemisch gesehen von dieser Werbebotschaft zu halten?
Was ist mit „andere Substanzen“ gemeint? Magensäure enthält Salzsäure HCl und Rennie Magnesiumcarbonat MgCO3. Stellen Sie die Neutralisationsgleichung auf.
3.
Rechts ist die Titrationskurve von Zitronensäure (pKS1 = 3,13, pKS2 = 4,76, pKS3 = 6,4) dargestellt.
a) Die Kurve entspricht nicht unbedingt den Erwartungen. Warum? Zeichnen Sie die Kurve im Diagramm, wie man Sie erwarten würde.
b) Bestimmen Sie die Konzentration der Zitronensäure-Lösung
c) Die Titrationskurve ist atypisch, da Zitronen- säure, abgekürzt CitH3, ein dicht überlappendes Puffersystem bildet, bei dem die freie Zitronensäure und alle korrespondierenden Basen (CitH2-, CitH2-, Cit3-) über weite Bereiche vorkommen. Zeichnen Sie das Protolysediagramm der Zitronensäure CitH3
d) Sie sollen einen Zitronensäurepuffer herstellen, der den pH-Wert 3 puffert. Welche Stoffe/Lösungen verwenden Sie?
Posten 6: Kohlenwaserstoffe, OC I
A. Begriffe
- Kohlenwasserstoffe, funktionelle Gruppen - Alkan, Alken, Alkin
- IUPAC-Nomenklatur
- Konstitutions-/Stereoisomerie
- Additions-/Substitutions-/Eliminationsreaktion (Halogene, Alkohole) - Halogenalkane
- Polymerisation - Petrochemie - Holzvergasung
B. Aufgaben 1.
Zeichen sie ohne Hilfsmittel die Strukturformeln folgender Stoffe auf. Achten Sie auf eine möglichst realitätsnahe Wiedergabe der Bindungswinkel:
Kohlenstoffdioxid, Methan, Ethanol, Essigsäure, Ammoniak, Cylcopentan, Propin
2.
Zeichnen Sie die Skelettformeln der aufliegenden vier Modelle (H-Atom wurden ausgelassen) und benennen Sie sie nach der IUPAC-Nomenklatur.
3.
Welche zwei Modelle sind Konstitutionsisomere? Zu einem der Modelle lässt sich ein cis/trans (E/Z) Isomer bilden. Bei welchem? Eines der Modelle besitzt ein chirales C-Atom. Welches?
4.
Wählen Sie je ein Modell aus, mit dem sie eine Additions- und eine Substitutionsreaktion mit Brom Br2
durchführen können. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung mit Strukturformeln auf.
5.
Wählen Sie aus den Modellen eine Verbindung aus, die sich Polymerisieren lässt und zeichnen Sie einen Ausschnitt aus dem Polymer bestehend aus drei Monomereinheiten.
6.
Wählen Sie aus den Modellen ein Alken aus und geben Sie den Alkohol an, aus dem dieses Alken durch Elimination gewonnen werden kann.
7.
Erläutern Sie in Stichworten möglichst detailliert den Produktionsweg vom rohen Erdöl zum Benzin.
Posten 7: Redox-Reaktionen II
A. Begriffe
- Reduktion, Oxidation
- Reduktionsmittel, Oxidationmittel - Oxidationszahlen
- Hochofenprozess: Reduktionsmittel: C, CO, direkte/Indirekte Reduktion von Fe2O3
- Korrosion
- Galvanische Zelle
- Galvanisieren – Elektrolyse – Zersetzungsspannung - Faraday-Gesetz (ChSII S. 202)
- Batteriearten
B. Aufgaben 1.
Kupferoxid wandelt Methanol in einem ersten Schritt in Methanal und in einem zweiten Schritt in Methansäure um. Dabei entsteht auch metallisches Kupfer. Wo findet Reduktion und Oxidation statt?
Bestimmen Sie bei den organischen Molekülen die Oxidationszahlen
2.
Eine galvanische Zelle mit dem Zelldiagramm Ni | Ni2+ (0.01 M) || Fe3+ (0.05 M) | Fe liefert eine elektrische Spannung. Wie ist diese Zelle aufgebaut? Wo finden welche Reaktionen satt. Bestimmen Sie die Standardspannung der Zelle (ohne Berücksichtigung der Konzentrationen) und die Spannung gemäss Nernstgleichung (FoBeTA S. 220). Beachten Sie das q = c(oxidierten Form) und E = Ered – Eox
3.
Lösen Sie Aufgabe 1 im Chemiebuch ChSII S. 202.
4.
Elektrofahrzeuge besitzen heute einen Akkumulator. Was wäre der Vorteil einer Brennstoffzelle?
