12 Übungsblätter zur Allgemeinen Chemie an der HS niederrhein PDF

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12 Übungsblätter zur Allgemeinen Chemie für Vorbereitung und zu den Vorlesungen...

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Übungsblatt 1: Stöchiometrie, ideales Gasgesetz Aufgabe 1 Wieviel g Kaliumbromid und Silbernitrat sind zur Darstellung von 12g Silberbromid erforderlich?

Aufgabe 2 Wieviel g Flußspatpulver (CaF2) und 100 % konzentrierte Schwefelsäure sind erforderlich zur Herstellung von 250g einer 40-%igen Fluorwasserstoff enthaltenden Flußsäure?

Aufgabe 3 Wieviel kg Zinn erhält man aus 100 kg Zinnerzen welche 3% Zinnstein (SnO2) enthalten, wenn 5% Zinn bei der Aufbereitung verlorengehen? Aufgabe 4 a) Wieviel l Sauerstoff (unter Standardbedingungen) erhält man durch Glühen von 50 g Quecksilberoxid? b) Wieviel l Lachgas (N2O, unter Standardbedingungen) erhält man durch Erhitzen von 75 g Ammoniumnitrat? Aufgabe 5 a) Wieviel % Kristallwasser enthält kristallisiertes Kupfervitriol CuSO4∙5H2O? b) Welchen Gewichtsverlust erleiden 10g Aluminiumsulfat (Al2(SO4)3∙18H2O) beim Glühen? c) Mit wie vielen Molekülen Wasser kristallisiert Natriumcarbonat, wenn 10g beim Erhitzen 6,29 g Kristallwasser verlieren? Aufgabe 6 Wieviel g Ammoniumnitrat sind zur Darstellung von 8 l Lachgas von 18°C und 745 mm Druck zu verwenden? Aufgabe 7 Wieviel 70 %-ige Schwefelsäure der Dichte von 1,6g/cm3 erhält man aus 5 kg Schwefel?

Übungsblatt 2: Herstellung von Lösungen mit bestimmtem Gehalt

Aufgabe 1 5 l Kalilauge der Dichte 1,100 g/cm3 sollen in Lauge der Dichte 1,320 g/cm3 überführt werden. Wieviel der letzteren erhält man und wieviel Wasser ist zu verdampfen? Nach üblichen Tabellenwerken ist die Lauge erst 12 prozentig, nachher 32,7 prozentig.

Aufgabe 2 Wieviel 94 prozentige Salpetersäure ist zu 5kg einer 70 prozentigen Säure zuzusetzen, um 84 prozentige Säure zu erhalten?

Aufgabe 3 Wieviel 8 prozentige Natronlauge erhält man durch Verdünnung von 1 l 49 prozentiger Lauge, deren Dichte 1,53 g/cm3 ist?

Aufgabe 4 500 g 60 prozentige Schwefelsäure soll in 90 prozentige Säure überführt werden. Wieviel Wasser ist zu verdampfen?

Aufgabe 5 Wieviel 15 prozentige und 72 prozentige Kalilauge sind zu vermischen, um 20kg einer 40%igen Lauge zu erhalten?

Aufgabe 6 Aus 100l Rübensaft der Dichte 1,03 g/cm3, welcher 7,5% Trockensubstanz enthält, soll ein Kristallbrei mit 90% Trockensubstanz durch Eindampfen hergestellt werden. Wieviel kg Brei erhält man und wieviel Wasser muss verdampft werden?

Übungsblatt 3: Aufstellung der Formel einer Verbindung aus der prozentualen Zusammensetzung

Aufgabe 1 Eine Säure des Arsens besteht aus 1,5 % Wasserstoff, 56,4 % Arsen und 42,1 % Sauerstoff. Durch welche Formel lässt sich ihre Zusammensetzung ausdrücken? Aufgabe 2 Durch welche Formeln lässt sich die Zusammensetzung von folgenden Mineralien ausdrücken? 1. 2. 3. 4.

Kupferglanz enthält 79,5 % Cu und 20,5 % S. Kupferkies enthält 34,6 % Cu, 30,5 % Fe und den Rest S. Kryolith enthält 32,9 % Na, 12,9 % Al und 54,2 % F. Leuzit enthält 17,8 % K, 12,3 % Al, 26,0 % Si, und 43,9 % O.

Aufgabe 3 Bei der Verbrennung von 12,62g Plexiglas entstehen 27,74g CO2 und 9,12g H2O. Wie viel Prozent Kohlenstoff und Wasserstoff enthält Plexiglas? Aufgabe 4 Hämoglobin enthält 0,342 % Eisen. Wenn ein Molekül 4 Eisenatome enthält, welches ist dann die Molmasse des Hämoglobins? Aufgabe 5 Hirzel fand für die Zusammensetzung von Bitterspat folgende Daten: 30,83% Calciumoxid, 21,21% Magnesiumoxid und 47,57% Kohlendioxid. Welche Formel besitzt Bitterspat? Aufgabe 6 Welches ist die formelmäßige Zusammensetzung (xKNO3 +yS + zC) von Schwarzpulver, das aus 74,81 % Salpeter, 11,87 % Schwefel und 13,32 % Kohlenstoff besteht?

Übungsblatt 4: Bestimmung von molaren Massen, rel. und abs. Atommassen Aufgabe 1 Berzelius erhielt im Jahre 1812 bei der Bestimmung der Atommasse von Tellur aus 3g Tellur 3,745g Tellurdioxid (TeO2). Wie groß ist demnach die rel. Atommasse des Tellurs (Atommasse von Sauerstoff = 16) Aufgabe 2 Berzelius oxidierte 25 g Blei mit Hilfe von Salpetersäure und erhielt 26,925 g Bleioxid (PbO). Wie groß ist die rel. Atommasse von Blei? (Atommasse (O)=16) Aufgabe 3 Stas fand als Mittel aus 10 Versuchen, dass zur Fällung von 85,0312g Natriumchlorid (NaCl) 156,8621g Silber einer Silbernitratlösung (AgNO3) erforderlich sind. Welche rel. Atommasse fand er für Natrium, wenn er das von Chlor zu 35,457 und das von Silber zu 107,88 ansetzte? Aufgabe 4 Zur Bestimmung der Atommasse von Silber reduzierte Stas zunächst Kaliumchlorat (KClO3) zu Kaliumchlorid (KCl). Zu 22,3500g des Kaliumchlorids setzte er dann eine Menge einer Silberlösung, die 32,3428g Silber enthielt. Wie groß war die gesuchte rel. Atommasse, wenn die Molmasse von Kaliumchlorid anderweitig zu 74,5902 g/mol gefunden wurde? Aufgabe 5 Welches Atomgewicht fand Berzelius für Bor, wenn er durch Glühen des kristallisierten Borax (Na2B4O7 + 10H2O) feststellte, dass dieser 47,1% Wasser enthielt. Die rel. Atommassen von Natrium, Sauerstoff und Wasserstoff werden als 23, 16 und 1 angenommen. Aufgabe 6 Die Gleichung A = Z (2+0,007∙ Z) gestattet, die Atommassen A aus der Ordnungszahl Z annähernd zu berechnen. Man prüfe die Gleichung für Z = 10, 20, 30, 40. Welches Element zeigt die höchste Abweichung? Aufgabe 7 Wie groß ist die absolute Atommasse von Eisen, wenn die molare Masse 55,847g ist?

Übungsblatt 5: Atommodelle, Elektronenstruktur der Atome Aufgabe 1 a) Gold hat einen Atomradius von 144,2 pm. Wie viele Atome Gold liegen übereinander, wenn die Folie von Rutherford 0,6 µm dünn war? b) Welche Geschwindigkeit besaßen die α-Teilchen die auf die Goldfolie auftrafen, wenn ihre Energie 7,36 MeV betrug? Aufgabe 2 Die Balmerserie im Wasserstoffspektrum zeigt Elektronenübergänge von nA= 3,4,5,6 zu nE =2. Welches sind die zugehörigen emittierten Wellenlängen? Aufgabe 3 Beschreiben Sie die Unterschalen der Schale n = 4. Bei welchem Element ist die Schale abgeschlossen? Geben Sie die Quantenzahlen für jedes Elektron eines Stickstoffatoms an. Aufgabe 4 Wie viele Elektronen können jeweils gemeinsam die folgenden Quantenzahlen haben? a. n = 4 b. n = 2, l = 2 c. n = 2, l = 0 d. n = 4, l = 2, m = 3 e. n = 4, l = 3, m = -2 f. n = 3, l = 1 Aufgabe 5 Welche Elemente haben folgende Elektronenkonfigurationen? a) [Ne] 3s2 3p4 f) 1s

b) [Xe] 4f14 6s2 5d4 g) [He] 2s2 2p6

c) [Ar] 3d10 4s2 4p5 h) [Ar] 3d 4s2

d) [Xe] 6s e) [Rn] 7s2

Aufgabe 6 Geben Sie die Elektronenkonfigurationen an: a)Be, b)Mo, c)W3+, d)Au, e) N3-, f) Ag, g) F, h) U6+, i) Fe2+, j) Fe3+ , k) Ce, l) I-

Übungsblatt 6: Elektromagnetische Strahlung Aufgabe 1 Berechnen Sie die Frequenz und die Energie eines Photons (Quants) von a) Gammastrahlung mit der Wellenlänge 0,6 pm. b) Mikrowellen mit der Wellenlänge 2,50 cm. c) Rotem Licht mit der Wellenlänge 585 nm.

Aufgabe 2 Aus wie vielen Photonen besteht ein Lichtsignal von 10-16J bei einer Wellenlänge von 750 nm?

Aufgabe 3 In der Kriminalistik werden Blutspuren durch eine chemische Reaktion von 3-Aminophthalsäurehydrazid mit schwach alkalischer Wasserstoffperoxidlösung nachgewiesen. Die Eisenionen im Hämoglobin katalysieren diese Reaktion. Dabei kommt es zur Emission von elektromagnetischer Strahlung von 265,7 kJ/mol. a) Wie groß ist deren Energie in eV und welcher Wellenzahl (in cm-1) entspricht die Strahlung? b) Um welche Farbe handelt es sich bei der Strahlung?

Aufgabe 4 Die Ionisierungsenergie eines Atoms ist die Mindestenergie die aufgebracht werden muss, um ein Elektron aus seinem Grundzustand in einem Atom zu entfernen. Wie groß ist die Ionisierungsenergie des Wasserstoffatoms, im He+, im Li2+ und Ne9+?

Aufgabe 5 Notieren Sie in 5 Stichpunkten die Vorgänge in einer Gasentladungsröhre und das Entstehen der Balmerserie.

Übungsblatt 7 : Chemische Bindungen Aufgabe 1 Berechnen Sie die Bindungsenergie in J und eV einer einzelnen Ionenbindung zwischen Kalium und Iod, nach der unten angegebenen Gleichung, wenn der Radius des Iodids 220pm und des Kaliums 138pm beträgt und n=7 ist. Was bedeuten die Angaben in der Gleichung?

𝐸=

𝑧+𝑧−𝑒 2 �1 4πε0 𝑟0

1

− � 𝑛

Ist die Bindungsenergie in KF nach obiger Gleichung größer oder kleiner als die in KI (bei gleichem n)? Aufgabe 2 Berechnen Sie die Gitterenergie von Calciumoxid aus den u.a.Werten. ∆fH (CaO) = -636kJ/mol, ∆HSubl (Ca) = 192kJ/mol, 1.IE(Ca) = 590kJ/mol, 2.IE(Ca) = 1145kJ/mol, ∆HDiss (O2) = 494kJ/mol, 1.EA(O)=-141kJ/mol, 2.EA(O)=+845kJ/mol Aufgabe 3 Ordnen Sie folgende Substanzen nach der Höhe ihrer Gitterenergien und begründen Sie die Reihenfolge: LiCl, NaCl, CsCl, Al2O3, Na2O, CaO, K2O, MgO, BeO, AlCl3. Wie verhalten sich die Schmelzpunkte der Substanzen? Aufgabe 4 Zeichnen Sie die Valenzstrichformel (Lewis-Struktur) folgender Substanzen: Cl, ClBr, Na2S2O3, H2O2, NO3-, NH4+, CO, HBrO4, SO2, SO42- , SF6, SO2Cl2, HN3, NCS, NCOH, O3 Aufgabe 5 Welche Summenformeln haben folgende Stoffe? Geben Sie jeweils den Bindungstyp an. a) b) c) d) e) f)

Diiodpentoxid Dichlorhexoxid Tetraschwefeltetranitrid Schwefeltetrachlorid Xenontrioxid Arsenpentafluorid

g) h) i) j) k) l)

Dihydrogenmonooxid (Hydrogenhydroxid) Kaliumperiodat Kaliumchlorat Tetraphosphordecaoxid Hydrogenazid Strontiumbromid

Übungsblatt 8: Elektronegativität, Molekülorbitale, VSEPR Modell

Aufgabe 1 a) Die Bindungsenergie im H2 - Molekül beträgt 435kJ/mol. Reagieren Wasserstoff und Chlor miteinander entsteht HCl, mit einer Bindungsenergie von 431 kJ/mol. Berechnen Sie die Bindungsenergie im Chlormolekül (nach L. Pauling), wenn die Elektronegativitäten von Wasserstoff mit 2,2 und Chlor mit 3,16 angegeben werden. b) Wie verhalten sich die Reaktivitäten der Halogene und der Alkalimetalle mit zunehmender Periode? Begründen Sie das Verhalten mit Hilfe von Elektronegativität, Elektronenaffinität, Ionisierungsenergie, Kernladung und Atomradien. Wo stehen gute Elektronendonatoren und Elektronenakzeptoren im PSE? Aufgabe 2 Zeichnen Sie die MO - Energieniveaudiagramme für He2 und Li2. Begründen Sie, welche Verbindung in der Gasphase stabil ist. Aufgabe 3 Welche Bindungen liegen im Stickstoffmolekül vor? Zeichnen Sie die jeweiligen Orbitale. Aufgabe 4 Welche Hybridisierungen liegen im Methan, Ethen und Ethin vor? Skizzieren Sie die Boxnotation und begründen Sie stichpunktartig. Aufgabe 5 Welche Koordinationspolyeder besitzen folgende Substanzen nach dem VSEPR - Modell? a) NH3 b) CCl4 c) XeF4

d) ClBr3 e) CO2 f) SbF5

g) SF6 h) H2O i) H3O+

j) XeO4 k) Ar l) IF4-

Aufgabe 6 Wenn Sie 1cm3 Salpetersäure (1,43g) in die Ostsee gießen und lassen diese über die gesamten Weltmeere verteilen (1370 Millionen km3) ; wie viele Moleküle Salpetersäure befinden sich dann in einem Liter Meerwasser?

Übungsblatt 9: Reaktionskinetik, chemisches Gleichgewicht Aufgabe 1 Für das chemische Gleichgewicht FeO(s) + CO(g)

Fe(s) + CO2(g) ist Kc = 0,403 bei 1000°C. Wenn 0,05 mol CO(g) und überschüssiges FeO in einem Volumen von 1 L bei 1000°C erhitzt werden, welche Konzentrationen von CO(g) und CO2(g) stellen sich dann ein? Welche Masse Fe(s) ist im Gleichgewicht vorhanden? Aufgabe 2 0,074 mol PCl5 (g) werden in ein 1l-Gefäß gegeben. Nachdem sich bei einer bestimmten Temperatur das Gleichgeicht PCl5 (g) PCl3 + Cl2 eingestellt hat ist PCl3 = 0,05 mol/l. Welches sind die Gleichgewichtskonzentrationen von PCl5 und Cl2 und wie groß ist Kc? Aufgabe 3 Die Reaktion N2 + 3H2 verläuft die Reaktion, wenn a) b) c) d) e)

2NH3 verläuft in Produktrichtung exotherm. In welche Richtung

die Reaktionstemperatur erhöht wird der Wasserstoffdruck erhöht wird der Stickstoffdruck erhöht wird Ammoniak aus dem Reaktionsgemisch entnommen wird ein Katalysator oder Inhibitor eingesetzt wird

Aufgabe 4 Für die Reaktion NO2Cl (g) + NO(g) NO2(g) + ONCl(g) ist A = 8,3∙108 mol∙l-1∙s-1und EA = 28,9kJ/mol. Die Reaktion ist erster Ordnung bezüglich NO2Cl und erster Ordnung bezüglich NO. Wie groß ist die Geschwindigkeitskonstante k bei T=500 K? Aufgabe 5 Für die Reaktion A

B + C lautet das Geschwindigkeitsgesetzt v(A) = k∙cn(A). Der

Zahlenwert von k sei 0,1; die Konzentration von A sei c(A) = 0,05 mol/l. In welchen Einheiten ist k anzugeben und wie groß ist die Reaktionsgeschwindigkeit wenn die Reaktion nach der nullten, ersten und nach der zweiten Ordnung abläuft? Aufgabe 6 Die Halbwertszeit des 209Bi Isotops beträgt 1,9∙1019 Jahre. Wie viele Zerfälle ereignen sich annäherungsweise in 1kg 209Bi pro Stunde?

Übungsblatt 10: Redoxreaktionen und Löslichkeitsprodukt Aufgabe 1 Vervollständigen Sie folgende Redoxreaktionen: a) B + N2

BN

c) Fe2O3 + CO

b) S8 + H2

Fe + CO2

d) CO2 + H2O

H2S C6H12O6 + O2

Aufgabe 2 Vervollständigen Sie folgende Redoxreaktionen im sauren Milieu: a) MnO4- + H2O2 O2 + Mn+4 b) MnO4- + I-

Mn2+ + I2

c) XeO3 + Id) Pb3O4

Xe + I3Pb2+ + PbO2

e) NO3- + Cu f) OsO4 + HCN + I-

Cu2+ + NO Os2++ ICN

Aufgabe 3 Vervollständigen Sie folgende Redoxreaktionen im basischen Milieu: a) S2- + HO2SO42b) S SO32- + S2c) Al + NO3d) Cl2 + I2

Al(OH)4- + NH3 H3IO62- + Cl-

Aufgabe 4 a) Was versteht man unter dem Löslichkeitsprodukt und einer Sättigungskonzentration? b) Formulieren Sie das Löslichkeitsprodukt für Bi2S3, PbCrO4, Ag2C2O4, AgIO3, Cr(OH)3 und Ba3(PO4)2. c) Das Löslichkeitsprodukt von Silbersulfid beträgt 1∙10-51 mol3/l3. Wie viele Moleküle Ag2S gehen in einem Liter Wasser in Lösung? d) Eine gesättigte Lösung von Ba(IO3)2 enthält 5,5∙10-4 mol/l IO3- Ionen. Wie groß ist KL? e) Welche Stoffmenge BaSO4 löst sich in 250ml einer Lösung von Natriumsulfat mit c(Na2SO4) = 0,05mol/l? KL (BaSO4) = 1,1∙10-10 mol2/l2 f) Welche Stoffmenge Cu(OH)2 löst sich in einem Liter Natronlauge bei pH = 8,23? KL (Cu(OH)2) = 1,6∙10-19 mol3/l3

Übungsblatt 11: Säuren und Basen, Elektrochemie

Aufgabe 1 a) Was sind Lewissäuren und Lewisbasen? Geben Sie jeweils 3 Beispiele. b) Berechnen Sie den pH-Wert einer 0,15 molaren Salzsäure und einer 0,42 molaren Natronlauge. Wie groß sind c(H+) und c(OH-) in diesen Lösungen? c) Eine schwache Säure HA mit c0(HA) = 0,26 mol/L hat einen pH-Wert von 2,86. Wie groß ist die Säurekonstante KS? Eine schwache Base mit c0(OH-) = 0,44 mol/L hat einen pH-Wert von 11,12. Wie groß ist entsprechend die Basenkonstante KB? d) Zu einer Lösung von 0,035 mol/L Salpetriger Säure (HNO2, KS = 4,5∙10-4) werden 0,01 mol Natriumnitrit gegeben; die Lösung hat ein Volumen von 100 mL. Welchen pHWert hat die Lösung und zu wie viel Prozent ist die HNO2 dissoziiert? e) In einer wässrigen Lösung von Ammoniak ist c(OH-) = 1,8∙ 10-3 mol/L. Wie groß ist die NH3-Konzentration? f) Wie viel % NaOH enthalten 16 g Natronlauge, zu deren Neutralisation 80 ml einer 0,5 molaren Schwefelsäure erforderlich ist?

Aufgabe 2 Wieviel m3 Chlorgas unter Normbedingungen erhält man bei der Elektrolyse von geschmolzenem Aluminiumchlorid, wenn gleichzeitig 20 kg Al abgeschieden werden? Welche Reaktionen finden an welchen Elektroden statt?

Aufgabe 3 125 ml einer Lösung mit c(CuCl2) = 0,75 mol/l werden mit 3,5A 45 min lang elektrolysiert. Welche Cu2+- und Cl- -Ionenkonzentrationen sind am Ende vorhanden (bei der Annahme unveränderten Lösungsvolumen)?

Aufgabe 4 Laufen folgende Reaktionen freiwillig ab? Falls ja, wie hoch ist die Zellspannung? Geben Sie Kathode und Anode an. a) 3Mg + 2Al3+

2Al + 3Mg2+

b) Cu2+ + Sn c) Cl2 + 2Id) 2Ag + 2H+

Sn2+ + Cu I2 + 2Cl2Ag+ + H2

e) I2 + 2Br-

Br2 + 2I-

Aufgabe 5 Berechnen Sie die elektromotorische Kraft für folgende Zellen. Formulieren Sie die Gesamtreaktionen und geben Sie Kathode und Anode an. a) Mg/Mg2+ (0,005mol/l) // Ni/Ni2+ (1,5mol/l) b) Cd/Cd2+ (0,6mol/l) // Ag/Ag+ (2,5mol/l) c) Zn/Zn2+ (1 mol/l) // Zn/Zn2+ (0,1 mol/l) Aufgabe 6 Für die Halbreaktion Cr2O72- + 14H+ +6e-

2Cr3+ + 7H2O ist E0 = +1,33V. Wie groß

ist das Potential, wenn der pH-Wert 3 beträgt? Die Konzentrationen von Cr2O72- und Cr3+ seinen 1mol/l. Reicht das errechnete elektrochemische Potential aus, um Chlor aus einer Natriumchloridlösung herzustellen? Aufgabe 7 Was versteht man unter dem Begriff „Überspannung“? Aufgabe 8 Aluminium ist sehr viel unedler als Eisen. Warum korrodiert Eisen aber im Vergleich zu Aluminium sehr rasch? Nennen Sie zwei Möglichkeiten, einen effektiven Korrosionsschutz an Stahlbauten zu gewährleisten.

Übungsblatt 12: Festkörper

Aufgabe 1 Welche intermolekularen elektrostatischen Kräfte wirken in Kristallen folgender Verbindungen? I2, BaSO4, NH3, F2, Xe, CaO, HF, H2O, CaCl2 Aufgabe 2 Berechnen Sie die Packungsdichte einer kubisch - flächenzentrierten Elementarzelle. Aufgabe 3 Gold kristallisiert mit kubisch-flächenzentrierter Kugelpackung und einer Gitterkonstanten von a = 4,0785 Å. Die Dichte des Elements beträgt 19,32 g/cm3. Welche Maße (auf 100stel mm genau) hat ein Goldwürfel, der ein Mol Au enthält?...