Seminaraufgaben - Übungen zur Vorlesung Anorganische Experimentalchemie (AC1 im WS) mit Lösungen. L6-Formeln-Loeslichkeit PDF

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Übungen zur Vorlesung Anorganische Experimentalchemie (AC1 im WS) mit Lösungen. L6-Formeln-Loeslichkeit...

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6. Lösungen "Lewis-Formeln, Löslichkeitsprodukt" 1. [16] Zeichnen Sie die Valenzstrichformeln für folgende Moleküle einschließlich der Formalladungen. a) PH4+ b) BH4c) CH4 d) SiH4 e) SCS f) HCN g) HCCl3 h) OSCl2 Lösung: H

P

+

H

H

B

-

H

H

C

H

H

Si

H

H

H

H

H

H

H

H

H

Cl S

C

S

H

C

N

H

C Cl

Cl

-

+

O

S

Cl Cl

2. [3] Im O2NF ist das N-atom das Zentralatom. a) geben Sie die Resonanzformeln an b) Was kann man über die Gestalt des Moleküls aussagen? Lösungen: a)

b) planar

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3. [12] Welche der folgenden Verbindungen kann nicht gebildet werden und warum? a) NCl3 b) NCl5 c) PCl3 d) PCl5 e) ONF3 f) OF6 Lösungen: NCl5 und OF6 Grund: Die Oktettregel darf bei der zweiten Periode nicht verletzt werden. 4. [6] Geben sie die Gestalt folgender Moleküle an: a) SCl2 b) PCl3 c) BCl3 Lösungen: a) gewinkelt b) trigonal-pyramidal c) trigonal 5. [4] Formulieren Sie das Löslichkeitsprodukt für: a) Bi2S3 b) PbCrO4 c) Cr(OH)3 d) Ba3(PO4)2 Lösung: a) KL = [Bi3+]2  [S2-]3 b) KL = [Pb2+]  [CrO42-] c) KL = [Cr3+]  [OH-]3 d) KL = [Ba2+]3  [PO43-]2

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6. [3] Bei 25 °C lösen sich 1.7x10-5 mol/L Cd(OH)2. Wie groß ist das Löslichkeitsprodukt? Lösung: KL = [Cd2+]  [OH-]2 oder (!) KL = c(Cd2+)  c2(OH-) c(Cd2+) = 1.7x10-5 mol/L c(OH-) = 2 x 1.7x10-5 mol/L KL = (1.7x10-5)x(2x1.7x10-5)2 = 1.97x10-14 mol3/L3 7. [3] Bei 25 °C lösen sich 5.2x10-6 mol/L Ce(OH)3. Wie groß ist das Löslichkeitsprodukt? Lösung: KL = [Ce3+]  [OH-]3 oder (!) KL = c(Ce3+)  c3(OH-) c(Ce3+) = 5.2x10-6 mol/L c(OH-) = 3 x 5.2x10-6 mol/L KL = 5.2x10-6x(3x5.2x10-6)3 =1.97x10-20 mol4/L4 8. [8] Berechnen Sie mit Hilfe des Löslichkeitsproduktes jeweils ob a) Ag2CO3 oder CuCO3 b) Ag2S oder CuS besser löslich ist. Löslichkeitsprodukte: Ag2CO3 8.2*10-12 CuCO3 2.5*10-10 Ag2S 5.5*10-51 CuS 8*10-37

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Lösung: a) c2(Ag+) x c(CO32-) = 8.2x10-12 mol3/L3 c2(2 CO32-) x c(CO32-) = 8.2x10-12 mol3/L3 4 c3(CO32-) = 8.2x10-12 mol3/L3 c(CO32-) = 3(8.2x0-12/4) = 1.27x10-4 mol/l c(Cu2+) x c(CO32-) = 2.5x10-10 mol2/L2 c(Cu2+) x c(Cu2+) = 2.5x10-10 mol2/L2 c2(Cu2+) = 2.5x10-10 mol2/L2 c(Cu2+) = (2.5x10-10) = 1.58x10-5 mol/l Löslichkeit Ag2CO3 > CuCO3 b) c2(Ag+) x c(S2-) = 5.5x10-51 mol3/L3 c2(2 S2-) x c(S2-) = 5.5x10-51 mol3/L3 4 c3(S2-) = 5.5x10-51 mol3/L3 mol3/L3 c(S2-) = 3(5.5*10-51/4) = 1.11x10-17 mol/l c(Cu2+) x c(S2-) = 8x10-37 mol2/L2 c(Cu2+) x c(Cu2+) = 8x10-37 mol2/L2 c2(Cu2+) = 8x10-37 mol2/L2 c(Cu2+) = (8x10-37) = 8.94x10-19 mol/l Löslichkeit Ag2S > CuS

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Anhang: Rezept Lewis-Formeln Ausgangssituation: der Chemische Name oder die Summenformel der Verbindung ist angegeben. 1. Alle Atome der Summenformel so notieren wie sie miteinander gebunden sind. Hierzu folgende Hinweise: H ist meistens einbindig (Ausnahme H-Brücken) F ist meistens einbindig (Ausnahme F-verbrückte Verbindungen) O ist meistens zweibindig (Ausnahme Oxoniumsalze) X-O-X oder O=X oder O-- X+

2. Valenzelektronen aller Atome zählen. 3. Für jede Atombindung zunächst ein Elektronenpaar (Strich) zeichnen. 4. Falls dann noch Valenzelektronen übrig bleiben, werden diese als Bindung oder freie Elektronenpaare so eingezeichnet, dass für alle Atome die Oktettregel möglichst nicht übererfüllt wird. 5. Formalladung bestimmen. Hierzu werden die Bindungen homolytisch gespalten und den Bindungspartnern zugewiesen. Die Differenz zwischen der Anzahl an Elektronen die ein Atom haben müsste und der jetzt bestimmten Anzahl der Elektronen ergibt die Formalladung. 6. Verifikation der Lewis-Formel: - sind alle Atome der Summenformel vorhanden? - sind alle Valenzelektronen vorhanden? - stimmen die Formalladungen? - ist die Oktettregel erfüllt? Wenn die Oktettregel nicht erfüllt ist, gibt es dafür zutreffende Gründe? Elektronensextett darf bei Verbindungen der Borgruppe auftreten Oktettaufweitung darf nur bei Elementen der 3.-ten und folgenden Perioden auftreten.

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Beispiele für die Anwendung: Ausgangssituation: der Chemische Name oder die Summenformel der Verbindung ist angegeben. PH4+

HCN

OSCl2

1. Alle Atome der Summenformel so notieren wie sie miteinander gebunden sind. Hierzu folgende Hinweise: H ist meistens einbindig (Ausnahme H-Brücken) F ist meistens einbindig (Ausnahme F-verbrückte Verbindungen) O ist meistens zweibindig (Ausnahme Oxoniumsalze) X-O-X oder O=X oder O-- X+

H H

P

Cl

H

H

S

O H

C

Cl

N

2. Valenzelektronen aller Atome zählen.

H H

P

Cl

H

H

O H

8 e= 4 e--Paare

C

S Cl

N

10 e= 5 e--Paare

26 e= 13 e--Paare

3. Für jede Atombindung zunächst ein Elektronenpaar (Strich) zeichnen.

H H

P H

Cl

H

O H

C

N

S Cl

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4. Falls dann noch Valenzelektronen übrig bleiben, werden diese als Bindung oder freie Elektronenpaare so eingezeichnet, dass für alle Atome die Oktettregel möglichst nicht übererfüllt wird.

H H

P

Cl

H

H

O H

4 e--Paare -4 e--Paare ----------------0 e--Paare übrig

C

S Cl

N

5 e--Paare -2 e--Paare -------------3 e--Paare übrig

13 e--Paare -3 e--Paare ---------------10 e--Paare übrig

Cl O H

C

S Cl

N

5. Formalladung bestimmen. Hierzu werden die Bindungen homolytisch gespalten und den Bindungspartnern zugewiesen. Die Differenz zwischen der Anzahl an Elektronen die ein Atom haben müsste und der jetzt bestimmten Anzahl der Elektronen ergibt die Formalladung.

H Cl H

P

H

H am P: nur 4 statt 5 el. => + am P

O H

C

N

S Cl

am O: 7 statt 6 el. => - am O am S: 5 statt 6 el. => + am O

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Fertige Lösung:

H H

+

P

H

H H

C

N

-

+

O

S

Cl Cl

6. Verifikation der Lewis-Formel: - sind alle Atome der Summenformel vorhanden? - sind alle Valenzelektronen vorhanden? - stimmen die Formalladungen? - ist die Oktettregel erfüllt? Wenn die Oktettregel nicht erfüllt ist, gibt es dafür zutreffende Gründe? Elektronensextett darf bei Verbindungen der Borgruppe auftreten Oktettaufweitung darf nur bei Elementen der 3.-ten und folgenden Perioden auftreten....