Übung 10 (Wasserstoff- und Halogenverbindungen)
1. NH3 bzw. PH3 werden mit wässriger Salzsäure HCl (aq) umgesetzt.
Vervollständigen Sie die Reaktionsgleichungen. Auf welcher Seite liegt jeweils das Gleichgewicht?
pKa (NH4+
) : 9.25 ; pKb (PH3) : 26
NH3 (aq) + H3O+ (aq) + Cl -(aq) PH3 (aq) + H3O+ (aq) + Cl -(aq)
2. Aufgrund zu geringer Reaktionsgeschwindigkeit (hohe Aktivierungsenergie) kann die technische Ammoniaksynthese nicht bei T = 298 K und p = 1 bar durchgeführt werden. Die exotherme Reaktion (ΔrH° = -92.3 kJ·mol-1) verläuft in einem Hochdruckreaktor bei mindestens 400°C. Unter welchen der folgenden Druck- und Temperaturbedingungen a) - d) wird nach Einstellung des Gleichgewichts die höchste Ammoniak-Ausbeute erreicht? Begründen Sie ihre Wahl.
a) 200 bar , 400°C; b) 200 bar , 600°C; c) 400 bar , 400°C; d) 400 bar , 600°C Berücksichtigen Sie, dass alle Reaktionspartner als Gase vorliegen. (Es ist keine Rechnung notwendig.)
3. Ehemalige Prüfungsaufgabe
Beantworten Sie mit Hilfe des Periodensystems der Elemente folgende Fragen zu den Eigenschaften und zur Reaktivität der Elemente Magnesium (Mg), Silicium (Si) und Stickstoff (N).
a) Schreiben Sie die Elektronenkonfiguration des elementaren Siliciums (Grundzustand) auf.
In allen stabilen Verbindungen hat Magnesium die gleiche Oxidationszahl.
Welche ist das? Schreiben Sie die Elektronenkonfiguration des entsprechenden Magnesium-Ions auf?
Geben Sie alle möglichen Oxidationszahlen des Stickstoffs in seinen Verbindungen an und formulieren Sie jeweils ein Beispiel.
b) Bestimmen Sie die Summenformeln der sauerstoffreichsten Oxide der drei Elemente (keine Per- oder Hyperoxide!). Formulieren Sie stöchiometrisch korrekte Reaktionsgleichungen für die Umsetzung dieser drei Oxide mit Wasser. Reagieren die Lösungen sauer, neutral oder basisch? (Sollte keine Reaktion eintreten, so ist der Reaktionspfeil durchzustreichen.)
Formulieren Sie für die Oxide des Siliciums und Stickstoffs Valenzstrichformeln (mit allen freien Elektronenpaaren und Formalladungen).
Wie sind Silicium bzw. Stickstoff in diesen Verbindungen hybridisiert und welche Bindungswinkel folgen daraus (VSEPR)?
c) Geben Sie die Summenformeln der stabilsten Chloride der drei Elemente an. Welche der drei Verbindungen liegen als Moleküle und welche in einem
Ionengitter vor? Zeichnen Sie für die Molekülverbindungen räumliche Strukturen einschliesslich freier Elektronenpaare (VSEPR-Modell).
d) Geben Sie die Summenformeln der stabilsten Wasserstoffverbindungen der drei Elemente an. Bestimmen Sie jeweils die Oxidationszahl des Wasserstoffs in diesen Verbindungen. Formulieren Sie stöchiometrisch korrekte Reaktionsgleichungen für die Umsetzung dieser Verbindungen mit Wasser.
e) Die drei Elemente bilden untereinander stabile, binäre Verbindungen SixNy,
MgxNy bzw. MgxSiy. Welche stöchiometrische Zusammensetzung haben diese Verbindungen? Bestimmen Sie die Oxidationszahlen der jeweils beteiligten Elemente. Formulieren Sie stöchiometrisch korrekte Reaktionsgleichungen für die Umsetzung dieser drei Verbindungen mit Wasser.(Sollte keine Reaktion eintreten, so ist der Reaktionspfeil durchzustreichen.)
4. Prüfungsaufgabe F2007
Formulieren Sie Reaktionsgleichungen für die Umsetzung folgender kovalenter Element-Halogenide mit Wasser: BCl3, SnCl4, SF4, SF6.
Sollte eine Verbindung nicht mit Wasser reagieren, so ist der Reaktionspfeil durchzustreichen.
5. Welche Verbindung der folgenden Paare ist die jeweils stärkere Säure (a-c) oder Base (d-f)? Begründen Sie Ihre Meinung.
a) H3PO4 oder H2SO4 d) HSO4– oder SO42–
b) H2SO4 oder H2SO3 e) F– oder Br– c) H2Se oder HBr f) ClO3–
oder ClO4–
Zeichnen Sie für alle Moleküle in a), b), d) und f) korrekte Valenz- strichformeln.
