3GIG Chemie - lte.lu fileVorwort An die Benutzer: Die folgenden HTML-Seiten orientieren sich eng am...
71
3GIG Chemie Kursus für die 11. Klasse Edition 2018
Transcript of 3GIG Chemie - lte.lu fileVorwort An die Benutzer: Die folgenden HTML-Seiten orientieren sich eng am...
3GIGChemie
Kursusfuumlrdie11Klasse
Edition2018
Vorwort
AndieBenutzer
DiefolgendenHTML-SeitenorientierensichengamoffiziellenChemie-Programmder3GIGSiestelleneineZusammenfassungderverschiedenenKapiteldesoffiziellenLehrbuchesdarTeilweiseweichtdieVorgehensweiseaberauchvonderdesoffiziellenLehrbuchesabZurDarstellungvon3D-StrukturenwurdeJmolbenutztSchematasindmitInkscapeerstelltworden
MarcelSchaeffer
3GIGChemie
Inhaltsverzeichnis
VorwortAndieBenutzer
1WiederholungenaAufstellenvonchemischenFormelnbMolekuumlleundFormeleinheitencNamenundSymbolevonSaumlurenundBasendAufstellenundEinrichtenvonGleichungeneReaktionsartenfDasBohr-ModelldesAtomsunddieOktettregel
2DieIonenbindungBildungvonSalzenaBildungvonKochsalzNatriumchloridbAufbauundEigenschaftenvonSalzencEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalzdIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-eGenerellerAufbauvonSalzenfAufoumlsenvonSalzeninWasser
3DieMetallbindungaDasElektronengas-ModellbEigenschaftenderMetallecAufgaben
4DieElektronenpaarbindungaDasWasserstoffmolekuumllbRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturencZusammenfassungdAufgabeneDiepolareElektronenpaarbindungfAufgaben
5KraumlftezwischenMolekuumllenaUnpolareMolekuumllebPolareMolekuumllecEinflussderKraumlfteaufdieLoumlslichkeitdAufgaben
6SaumlurenundBasenaDerSaumlure-BaseBegriffnachArrheniusbDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnstedcSaumlure-BasePaaredNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumlure(i)Neutralisationsreaktion(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonatenAufgabeneDiepH-SkalafQuantitativeNeutralisation
7RedoxreaktionenaufElektronenebeneaBeispielebErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasiscOxidationszahlendAufgabeneAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungfDieRedoxreihederMetallegGalvanischeElementefreiwilligeRedoxreaktionenhElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
iAufgaben
iAufgaben
1
1Wiederholungen
aAufstellenvonchemischenFormeln
Um chemische Formeln mit Hilfe des Kreuzschemas aufstellen zu koumlnnen ist es unumgaumlnglich dieNamen die Symbole und Wertigkeiten der gelaumlufigsten Elemente und Atomgruppen zu kennen AllehierzunoumltigenInformationenfindetmanimSkriptdes4GSNHTML-Kurses
bullGibjeweilsdenfehlendenNamenoderdasSymbolanName SymbolStickstoff Chrom Mn Hg SnWasserstoff Nitrat-Gruppe
=CO3
Phosphat-Gruppe
Name SymbolBarium Fe MgSilber Chlor ArHydroxid-Gruppe
-NH4
Sulfat-Gruppe
Name Symbol Pb KPlatin Zn O CPhosphit-Gruppe
=SO3
-CN
bullStellefolgendeFormelnaufgibdenNamenanundberechnediemolareMasse
BleiundSauerstoff SchwefelundCalcium IodundMagnesium
NitratundWasserstoff KohlenstoffundFluor NitratundAmmonium
KohlenstoffundAluminium HydroxidundLithium SauerstoffundSchwefel(VI)
CarbonatundWasserstoff SulfitundNatrium SchwefelundKalium
2
bMolekuumlleundFormeleinheiten
MolekuumlleundFormeleinheitenunterscheidensichinderArtderAtomeausdenensieaufgebautsind
MolekuumlleentstehenwennNichtmetallatomezueinerVerbindungreagierenMolekuumlleenthaltenausschliesslich NichtmetallatomeBei Raumtemperatur koumlnnen Molekuumlle Gase Fluumlssigkeiten oderFeststoffebilden
FormeleinheitenentstehenwenneinMetallundeinNichtmetalloderzweiAtomgruppenzueinerVerbindungreagierenmanerhaumlltSalzeBeiRaumtemperaturbildenSalzeKristalle(Feststoffe)
bullSchreibejeweilsdiechemischeFormelunterMolekuumlloderSalzMolekuumll Salz
HCl Wasser
Na3N
NaH2PO4
Mg3(PO4)2
Na2CO3
C8H4O2Cl2
K2Cr2O7
KMnO4
Molekuumll SalzDistickstoffpentaoxid Phosphorsaumlure NH3
Natriumhydroxid
H2CO3
Phosphortrichlorid
Eisen(II)-phosphat
SchwefeligeSaumlure
Calciumnitrat
cNamenundSymbolevonSaumlurenundBasen
In einer Vielzahl von chemischenReaktionen spielenSaumluren oder Basen einewichtigeRolle DeshalbmussmandieNamenundSymboledergaumlngigstenSaumlurenundBasenwelcheaufder4GSNeingefuumlhrtwurdenkennen
bullGibejeweilsdiechemischeFormelrespektivdenNamensowiedieStoffklasse(SaumlureoderBase)anName Formel SaumlureBaseSchwefelsaumlure
NaOH(s)
Natronlauge Salpetersaumlure
H2CO3
Kalilauge
Ca(OH)2(s)
Ca(OH)2(aq)
Name Formel SaumlureBase
HCl(aq)
Kalilauge
SchwefeligeSaumlure
Mg(OH)2(s)
HNO2(aq)
Lithiumhydroxid
NH3(aq)
PhosphorigeSaumlure
3
dAufstellenundEinrichtenvonGleichungen
bullStellediefolgendenGleichungenaufundrichteeinSynthesevonAmmoniak
AnalysevonSilbersulfid
Eisen(III)-oxidreagiertmitKohlenstoffmonooxidzuEisenundKohlenstoffdioxid
StickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
SalpetersaumlurereagiertmiEisen(III)-oxidzuWasserundeinemSalz
bullRichteein
__H3PO4+__CaOrarr__Ca3(PO4)2+__H2O
__Fe2O3+__HClrarr__H2O+__FeCl3
__C6H12+__O2rarr__C+__H2O
__C6H14+__O2rarr__CO2+__H2O
__C4H10O+__O2rarr__CO2+__H2O
__C8H18+__O2rarr__CO2+__H2O
__C3H6O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__C6H12O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__C8H16O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__H2SO4+__NaHCO3rarr__Na2SO4+__H2O+__CO2
__H3PO4+__CaCO3rarr__Ca3(PO4)2+__CO2+__H2O
4
eReaktionsarten
GibjeweilsdieGleichungfuumlrdieallgemeineReaktionsartanStelledanndieGleichungaufrichteeinundgibdieNamenderProdukteanbullVerbrennenvonMagnesium
bullSchwefelwirdverbrannt(inderVerbindungistSchwefel4-wertig)
bullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesium
bullReaktionvonNatriumoxidmitWasser
bullReaktionvonSalpetersaumluremitZink
bullReaktionvonDiphosphorpentaoxidmitWasser
bullReaktionvonWassermitCalciumoxid
bullSchwefelsaumlurereagiertmitNatronlauge
bullPhosphorsaumlurereagiertmitKalkwasser
5
fDasBohr-ModelldesAtomsunddieOktettregel
WelchestabileIonenkoumlnnenfolgendeAtomebildenErklaumlrejeweilsmitHilfedesBohr-ModellsundderLewis-Schreibweise
bullCalcium
bullSauerstoff
bullAluminium
6
GibjeweilsdieLewis-SchreibweiseunddenNamendesIons(sowieKationoderAnion)anwelchesausfolgendenAtomengebildetwerdenkannbullNatrium
bullChlor
bullSchwefel
bullMagnesium
bullAluminium
bullSilber
bullBlei
bullGold(III)
bullEisen(II)
7
2DieIonenbindungBildungvonSalzen
MetallebildenKationendurchAbgabevonElektronen tundiesabernur fallsaucheinReaktonspartnervorhandenistderdieseElektronenaufnehmenkannumAnionenzubilden
aBildungvonKochsalzNatriumchloridEintypischesBeispielistdieBildungvonKochsalzausNatriumundChlorgas
2Na + Cl2 rarr 2NaClweichesMetall
starkaumltzendgelbgruumlnesGas
giftigweiszligerFeststoff
Kochsalz
Natrium ist ein Metall und ein Natriumatom gibt seinAuszligenelektron dann ab falls ein NichtmetallatomdiesesElektronaufnehmenkannChloristeinnichtNichtmetallundeinChloratommoumlchtedasAuszligenelektrondesNatriumsaufnehmenumenergetischstabilerzuwerden
MitHilfedesSchalenmodellskannmandiesveranschaulichen
Elektronenuumlbergang
Natrium-AtomElektronen-
abgabe
Chlor-AtomElektronen-aufnahme
Natrium-IonEkvonNe
Chlorid-IonEkvonAr
DadasZeichnendesSchalenmodellslangwierigistbenutztmandiekompaktereLewis-SchreibweiseumeineInterpretationaufElektronenebenezugeben
Elektronenabgabe+
Elektronenaufnahme
Elektronenaustausch
ElektronenabgabeEinNatrium-AtomgibteinElektronabunderreichtdamitdieElektronenkonfiguration(Ek)vonNeonmanerhaumllteinNatrium-IonNa+(Kation)ElektronenaufnahmeEinChlor-AtomnimmteinElektronaufunderreichtdamitdieEkvonArgonmanerhaumllteinChlorid-IonCl-(Anion)ElektronenaustauschDasElektronwelchesNatriumabgibtwirdvomChlor-Atomaufgenommen
Die positiv geladenen Natrium-Ionen und die negativ geladenen Chlorid-Ionen ziehen sich durchdieelektrostatischeAnziehungskraftgegenseitigan(Ionenbindung)undbildeneineFormeleinheit
eineFormeleinheit
8
DieseFormeleinheitwirdindendreiRichtungendesRaumeswiederholtmanerhaumllteinIonengitter
2DDarstellung
3DDarstellungKationenundAnionenziehensichgegenseitigansieberuumlhrensichAnionensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntKationensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntDiechemischeFormelreduziertsichaufdieFormeleinheit(Na+Cl-)
FreieChloratome existierennichtinderNaturWaumlhrendderReaktionwerdenjedochfreieCl-AtomedurchdiehomolytischeTrennungderCl-Cl-Bindunggebildet
BeimUumlbergangvonderElektronenaustauschgleichungzurnormalenchemischenGleichungmussmandaherdiefreienCl-AtomedurchCl2-Molekuumlleersetzen
Elektronenaustausch |middot2
Man erhaumllt die bekannte globale Gleichung mit einer wichtigen zusaumltzlichen Information anstatt NaClschreibtmanNa+Cl-undgibtdamitandassessichumeineIonenbindunghandeltGlobaleGleichung
AufgabeStellefuumlrfolgendeSalzedieglobaleGleichungfuumlrdieSyntheseausElementenaufErklaumlredannjeweilswelcheVorgaumlngeaufElektronenebeneablaufenFormulieredieglobaleGleichungneuindemdudieIonenformeldesSalzesangibstbullLithiumbromid
bullKaliumiodid
9
bullCalciumchlorid
bullNatriumoxid
bullAluminiumsulfid
bullMagnesiumfluorid
bullEisen(III)-oxid
10
bAufbauundEigenschaftenvonSalzen
PhysikalischeEigenschafteneinigerSalzeName Ionenformel
KationAnionSchmelzpunkt
(degC)Siedepunkt
(degC)Loumlslichkeitin
Wasser(gmiddotL-1)
Natriumchlorid Na+Cl- 801 1465 359
Magnesiumchlorid Mg2+(Cl-)2 708 1412 542
Aluminiumoxid (Al3+)2(O2-)3 2050 2980 unloumlslich
Kaliumnitrat K+NO3- 334 750 316
bull DieIonenbindungistdieBindungderSalzeDieseBindungbestehtausderelektrostatischenAnziehungskraftzwischenKationenundAnionenSalzesindausKationenundAnionenaufgebautdiesichgegenseitiganziehenundKristallebilden
bull WegendengroszligenAnziehungskraumlftenzwischenKationenundAnionenbesitzenSalzehoheSchmelz-undSiedetemperaturen
bull WeilSalzeausIonenaufgebautsindloumlsensiesichmeistensgutinWasseraufbull WeilwaumlsserigeLoumlsungenvonSalzenoderSchmelzenvonSalzenfreibeweglicheIonen(KationenundAnionen)enthaltenleitensiedenelektrischenStromsehrgut
bull SalzkristallesindhartundsproumldedurcheinenheftigenSchlagzersplitternsieinkleinereKristalle
HeftigerSchlagaufdieOberflaumlchedesSalzkristalles
VerschiebungdesGittersBildungvonstarkenAbstossungskraumlften
AbstossendergleichgeladenenTeilchen
derKristallzerspringt
cEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalz
bullEnergiediagrammBeichemischenReaktionenwerdendieBindungen indenEduktenaufgebrochendie freienAtomederEdukteverbindensichdannneuunterBildungderProdukte ImFallvonNatriumchloridsinddieEdukteNatrium(einmetallischglaumlnzenderFeststoff)undChlor(eingelb-gruumlnesGas)
Um aus festem Natrium freie Natriumatome und dann Natrium-Ionen zu erhalten sind zwei Schrittenotwendig- Na(s)rarrNa(g) E1=Sublimationsenergie=107kJmol
- Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=Ionisierungsenergie=502kJmolUmausgasfoumlrmigemChlorfreieChloratomeunddannChlorid-IonenzuerhaltensindauchzweiSchrittenotwendig- frac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=Spaltungsenergie=121kJmol
- Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=Ionisierungsenergie=-355kJmol
Die Ionen Na+ und Cl- lagern sich zusammen und bilden ein Ionengitter dabei wird ein groszligerEnergiebetragfreigesetzt-Na+(s)+Cl-(g)rarrNa+Cl-(s)E5=Gitterenergie=-788kJmol
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
Vorwort
AndieBenutzer
DiefolgendenHTML-SeitenorientierensichengamoffiziellenChemie-Programmder3GIGSiestelleneineZusammenfassungderverschiedenenKapiteldesoffiziellenLehrbuchesdarTeilweiseweichtdieVorgehensweiseaberauchvonderdesoffiziellenLehrbuchesabZurDarstellungvon3D-StrukturenwurdeJmolbenutztSchematasindmitInkscapeerstelltworden
MarcelSchaeffer
3GIGChemie
Inhaltsverzeichnis
VorwortAndieBenutzer
1WiederholungenaAufstellenvonchemischenFormelnbMolekuumlleundFormeleinheitencNamenundSymbolevonSaumlurenundBasendAufstellenundEinrichtenvonGleichungeneReaktionsartenfDasBohr-ModelldesAtomsunddieOktettregel
2DieIonenbindungBildungvonSalzenaBildungvonKochsalzNatriumchloridbAufbauundEigenschaftenvonSalzencEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalzdIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-eGenerellerAufbauvonSalzenfAufoumlsenvonSalzeninWasser
3DieMetallbindungaDasElektronengas-ModellbEigenschaftenderMetallecAufgaben
4DieElektronenpaarbindungaDasWasserstoffmolekuumllbRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturencZusammenfassungdAufgabeneDiepolareElektronenpaarbindungfAufgaben
5KraumlftezwischenMolekuumllenaUnpolareMolekuumllebPolareMolekuumllecEinflussderKraumlfteaufdieLoumlslichkeitdAufgaben
6SaumlurenundBasenaDerSaumlure-BaseBegriffnachArrheniusbDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnstedcSaumlure-BasePaaredNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumlure(i)Neutralisationsreaktion(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonatenAufgabeneDiepH-SkalafQuantitativeNeutralisation
7RedoxreaktionenaufElektronenebeneaBeispielebErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasiscOxidationszahlendAufgabeneAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungfDieRedoxreihederMetallegGalvanischeElementefreiwilligeRedoxreaktionenhElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
iAufgaben
iAufgaben
1
1Wiederholungen
aAufstellenvonchemischenFormeln
Um chemische Formeln mit Hilfe des Kreuzschemas aufstellen zu koumlnnen ist es unumgaumlnglich dieNamen die Symbole und Wertigkeiten der gelaumlufigsten Elemente und Atomgruppen zu kennen AllehierzunoumltigenInformationenfindetmanimSkriptdes4GSNHTML-Kurses
bullGibjeweilsdenfehlendenNamenoderdasSymbolanName SymbolStickstoff Chrom Mn Hg SnWasserstoff Nitrat-Gruppe
=CO3
Phosphat-Gruppe
Name SymbolBarium Fe MgSilber Chlor ArHydroxid-Gruppe
-NH4
Sulfat-Gruppe
Name Symbol Pb KPlatin Zn O CPhosphit-Gruppe
=SO3
-CN
bullStellefolgendeFormelnaufgibdenNamenanundberechnediemolareMasse
BleiundSauerstoff SchwefelundCalcium IodundMagnesium
NitratundWasserstoff KohlenstoffundFluor NitratundAmmonium
KohlenstoffundAluminium HydroxidundLithium SauerstoffundSchwefel(VI)
CarbonatundWasserstoff SulfitundNatrium SchwefelundKalium
2
bMolekuumlleundFormeleinheiten
MolekuumlleundFormeleinheitenunterscheidensichinderArtderAtomeausdenensieaufgebautsind
MolekuumlleentstehenwennNichtmetallatomezueinerVerbindungreagierenMolekuumlleenthaltenausschliesslich NichtmetallatomeBei Raumtemperatur koumlnnen Molekuumlle Gase Fluumlssigkeiten oderFeststoffebilden
FormeleinheitenentstehenwenneinMetallundeinNichtmetalloderzweiAtomgruppenzueinerVerbindungreagierenmanerhaumlltSalzeBeiRaumtemperaturbildenSalzeKristalle(Feststoffe)
bullSchreibejeweilsdiechemischeFormelunterMolekuumlloderSalzMolekuumll Salz
HCl Wasser
Na3N
NaH2PO4
Mg3(PO4)2
Na2CO3
C8H4O2Cl2
K2Cr2O7
KMnO4
Molekuumll SalzDistickstoffpentaoxid Phosphorsaumlure NH3
Natriumhydroxid
H2CO3
Phosphortrichlorid
Eisen(II)-phosphat
SchwefeligeSaumlure
Calciumnitrat
cNamenundSymbolevonSaumlurenundBasen
In einer Vielzahl von chemischenReaktionen spielenSaumluren oder Basen einewichtigeRolle DeshalbmussmandieNamenundSymboledergaumlngigstenSaumlurenundBasenwelcheaufder4GSNeingefuumlhrtwurdenkennen
bullGibejeweilsdiechemischeFormelrespektivdenNamensowiedieStoffklasse(SaumlureoderBase)anName Formel SaumlureBaseSchwefelsaumlure
NaOH(s)
Natronlauge Salpetersaumlure
H2CO3
Kalilauge
Ca(OH)2(s)
Ca(OH)2(aq)
Name Formel SaumlureBase
HCl(aq)
Kalilauge
SchwefeligeSaumlure
Mg(OH)2(s)
HNO2(aq)
Lithiumhydroxid
NH3(aq)
PhosphorigeSaumlure
3
dAufstellenundEinrichtenvonGleichungen
bullStellediefolgendenGleichungenaufundrichteeinSynthesevonAmmoniak
AnalysevonSilbersulfid
Eisen(III)-oxidreagiertmitKohlenstoffmonooxidzuEisenundKohlenstoffdioxid
StickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
SalpetersaumlurereagiertmiEisen(III)-oxidzuWasserundeinemSalz
bullRichteein
__H3PO4+__CaOrarr__Ca3(PO4)2+__H2O
__Fe2O3+__HClrarr__H2O+__FeCl3
__C6H12+__O2rarr__C+__H2O
__C6H14+__O2rarr__CO2+__H2O
__C4H10O+__O2rarr__CO2+__H2O
__C8H18+__O2rarr__CO2+__H2O
__C3H6O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__C6H12O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__C8H16O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__H2SO4+__NaHCO3rarr__Na2SO4+__H2O+__CO2
__H3PO4+__CaCO3rarr__Ca3(PO4)2+__CO2+__H2O
4
eReaktionsarten
GibjeweilsdieGleichungfuumlrdieallgemeineReaktionsartanStelledanndieGleichungaufrichteeinundgibdieNamenderProdukteanbullVerbrennenvonMagnesium
bullSchwefelwirdverbrannt(inderVerbindungistSchwefel4-wertig)
bullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesium
bullReaktionvonNatriumoxidmitWasser
bullReaktionvonSalpetersaumluremitZink
bullReaktionvonDiphosphorpentaoxidmitWasser
bullReaktionvonWassermitCalciumoxid
bullSchwefelsaumlurereagiertmitNatronlauge
bullPhosphorsaumlurereagiertmitKalkwasser
5
fDasBohr-ModelldesAtomsunddieOktettregel
WelchestabileIonenkoumlnnenfolgendeAtomebildenErklaumlrejeweilsmitHilfedesBohr-ModellsundderLewis-Schreibweise
bullCalcium
bullSauerstoff
bullAluminium
6
GibjeweilsdieLewis-SchreibweiseunddenNamendesIons(sowieKationoderAnion)anwelchesausfolgendenAtomengebildetwerdenkannbullNatrium
bullChlor
bullSchwefel
bullMagnesium
bullAluminium
bullSilber
bullBlei
bullGold(III)
bullEisen(II)
7
2DieIonenbindungBildungvonSalzen
MetallebildenKationendurchAbgabevonElektronen tundiesabernur fallsaucheinReaktonspartnervorhandenistderdieseElektronenaufnehmenkannumAnionenzubilden
aBildungvonKochsalzNatriumchloridEintypischesBeispielistdieBildungvonKochsalzausNatriumundChlorgas
2Na + Cl2 rarr 2NaClweichesMetall
starkaumltzendgelbgruumlnesGas
giftigweiszligerFeststoff
Kochsalz
Natrium ist ein Metall und ein Natriumatom gibt seinAuszligenelektron dann ab falls ein NichtmetallatomdiesesElektronaufnehmenkannChloristeinnichtNichtmetallundeinChloratommoumlchtedasAuszligenelektrondesNatriumsaufnehmenumenergetischstabilerzuwerden
MitHilfedesSchalenmodellskannmandiesveranschaulichen
Elektronenuumlbergang
Natrium-AtomElektronen-
abgabe
Chlor-AtomElektronen-aufnahme
Natrium-IonEkvonNe
Chlorid-IonEkvonAr
DadasZeichnendesSchalenmodellslangwierigistbenutztmandiekompaktereLewis-SchreibweiseumeineInterpretationaufElektronenebenezugeben
Elektronenabgabe+
Elektronenaufnahme
Elektronenaustausch
ElektronenabgabeEinNatrium-AtomgibteinElektronabunderreichtdamitdieElektronenkonfiguration(Ek)vonNeonmanerhaumllteinNatrium-IonNa+(Kation)ElektronenaufnahmeEinChlor-AtomnimmteinElektronaufunderreichtdamitdieEkvonArgonmanerhaumllteinChlorid-IonCl-(Anion)ElektronenaustauschDasElektronwelchesNatriumabgibtwirdvomChlor-Atomaufgenommen
Die positiv geladenen Natrium-Ionen und die negativ geladenen Chlorid-Ionen ziehen sich durchdieelektrostatischeAnziehungskraftgegenseitigan(Ionenbindung)undbildeneineFormeleinheit
eineFormeleinheit
8
DieseFormeleinheitwirdindendreiRichtungendesRaumeswiederholtmanerhaumllteinIonengitter
2DDarstellung
3DDarstellungKationenundAnionenziehensichgegenseitigansieberuumlhrensichAnionensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntKationensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntDiechemischeFormelreduziertsichaufdieFormeleinheit(Na+Cl-)
FreieChloratome existierennichtinderNaturWaumlhrendderReaktionwerdenjedochfreieCl-AtomedurchdiehomolytischeTrennungderCl-Cl-Bindunggebildet
BeimUumlbergangvonderElektronenaustauschgleichungzurnormalenchemischenGleichungmussmandaherdiefreienCl-AtomedurchCl2-Molekuumlleersetzen
Elektronenaustausch |middot2
Man erhaumllt die bekannte globale Gleichung mit einer wichtigen zusaumltzlichen Information anstatt NaClschreibtmanNa+Cl-undgibtdamitandassessichumeineIonenbindunghandeltGlobaleGleichung
AufgabeStellefuumlrfolgendeSalzedieglobaleGleichungfuumlrdieSyntheseausElementenaufErklaumlredannjeweilswelcheVorgaumlngeaufElektronenebeneablaufenFormulieredieglobaleGleichungneuindemdudieIonenformeldesSalzesangibstbullLithiumbromid
bullKaliumiodid
9
bullCalciumchlorid
bullNatriumoxid
bullAluminiumsulfid
bullMagnesiumfluorid
bullEisen(III)-oxid
10
bAufbauundEigenschaftenvonSalzen
PhysikalischeEigenschafteneinigerSalzeName Ionenformel
KationAnionSchmelzpunkt
(degC)Siedepunkt
(degC)Loumlslichkeitin
Wasser(gmiddotL-1)
Natriumchlorid Na+Cl- 801 1465 359
Magnesiumchlorid Mg2+(Cl-)2 708 1412 542
Aluminiumoxid (Al3+)2(O2-)3 2050 2980 unloumlslich
Kaliumnitrat K+NO3- 334 750 316
bull DieIonenbindungistdieBindungderSalzeDieseBindungbestehtausderelektrostatischenAnziehungskraftzwischenKationenundAnionenSalzesindausKationenundAnionenaufgebautdiesichgegenseitiganziehenundKristallebilden
bull WegendengroszligenAnziehungskraumlftenzwischenKationenundAnionenbesitzenSalzehoheSchmelz-undSiedetemperaturen
bull WeilSalzeausIonenaufgebautsindloumlsensiesichmeistensgutinWasseraufbull WeilwaumlsserigeLoumlsungenvonSalzenoderSchmelzenvonSalzenfreibeweglicheIonen(KationenundAnionen)enthaltenleitensiedenelektrischenStromsehrgut
bull SalzkristallesindhartundsproumldedurcheinenheftigenSchlagzersplitternsieinkleinereKristalle
HeftigerSchlagaufdieOberflaumlchedesSalzkristalles
VerschiebungdesGittersBildungvonstarkenAbstossungskraumlften
AbstossendergleichgeladenenTeilchen
derKristallzerspringt
cEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalz
bullEnergiediagrammBeichemischenReaktionenwerdendieBindungen indenEduktenaufgebrochendie freienAtomederEdukteverbindensichdannneuunterBildungderProdukte ImFallvonNatriumchloridsinddieEdukteNatrium(einmetallischglaumlnzenderFeststoff)undChlor(eingelb-gruumlnesGas)
Um aus festem Natrium freie Natriumatome und dann Natrium-Ionen zu erhalten sind zwei Schrittenotwendig- Na(s)rarrNa(g) E1=Sublimationsenergie=107kJmol
- Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=Ionisierungsenergie=502kJmolUmausgasfoumlrmigemChlorfreieChloratomeunddannChlorid-IonenzuerhaltensindauchzweiSchrittenotwendig- frac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=Spaltungsenergie=121kJmol
- Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=Ionisierungsenergie=-355kJmol
Die Ionen Na+ und Cl- lagern sich zusammen und bilden ein Ionengitter dabei wird ein groszligerEnergiebetragfreigesetzt-Na+(s)+Cl-(g)rarrNa+Cl-(s)E5=Gitterenergie=-788kJmol
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
3GIGChemie
Inhaltsverzeichnis
VorwortAndieBenutzer
1WiederholungenaAufstellenvonchemischenFormelnbMolekuumlleundFormeleinheitencNamenundSymbolevonSaumlurenundBasendAufstellenundEinrichtenvonGleichungeneReaktionsartenfDasBohr-ModelldesAtomsunddieOktettregel
2DieIonenbindungBildungvonSalzenaBildungvonKochsalzNatriumchloridbAufbauundEigenschaftenvonSalzencEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalzdIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-eGenerellerAufbauvonSalzenfAufoumlsenvonSalzeninWasser
3DieMetallbindungaDasElektronengas-ModellbEigenschaftenderMetallecAufgaben
4DieElektronenpaarbindungaDasWasserstoffmolekuumllbRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturencZusammenfassungdAufgabeneDiepolareElektronenpaarbindungfAufgaben
5KraumlftezwischenMolekuumllenaUnpolareMolekuumllebPolareMolekuumllecEinflussderKraumlfteaufdieLoumlslichkeitdAufgaben
6SaumlurenundBasenaDerSaumlure-BaseBegriffnachArrheniusbDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnstedcSaumlure-BasePaaredNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumlure(i)Neutralisationsreaktion(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonatenAufgabeneDiepH-SkalafQuantitativeNeutralisation
7RedoxreaktionenaufElektronenebeneaBeispielebErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasiscOxidationszahlendAufgabeneAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungfDieRedoxreihederMetallegGalvanischeElementefreiwilligeRedoxreaktionenhElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
iAufgaben
iAufgaben
1
1Wiederholungen
aAufstellenvonchemischenFormeln
Um chemische Formeln mit Hilfe des Kreuzschemas aufstellen zu koumlnnen ist es unumgaumlnglich dieNamen die Symbole und Wertigkeiten der gelaumlufigsten Elemente und Atomgruppen zu kennen AllehierzunoumltigenInformationenfindetmanimSkriptdes4GSNHTML-Kurses
bullGibjeweilsdenfehlendenNamenoderdasSymbolanName SymbolStickstoff Chrom Mn Hg SnWasserstoff Nitrat-Gruppe
=CO3
Phosphat-Gruppe
Name SymbolBarium Fe MgSilber Chlor ArHydroxid-Gruppe
-NH4
Sulfat-Gruppe
Name Symbol Pb KPlatin Zn O CPhosphit-Gruppe
=SO3
-CN
bullStellefolgendeFormelnaufgibdenNamenanundberechnediemolareMasse
BleiundSauerstoff SchwefelundCalcium IodundMagnesium
NitratundWasserstoff KohlenstoffundFluor NitratundAmmonium
KohlenstoffundAluminium HydroxidundLithium SauerstoffundSchwefel(VI)
CarbonatundWasserstoff SulfitundNatrium SchwefelundKalium
2
bMolekuumlleundFormeleinheiten
MolekuumlleundFormeleinheitenunterscheidensichinderArtderAtomeausdenensieaufgebautsind
MolekuumlleentstehenwennNichtmetallatomezueinerVerbindungreagierenMolekuumlleenthaltenausschliesslich NichtmetallatomeBei Raumtemperatur koumlnnen Molekuumlle Gase Fluumlssigkeiten oderFeststoffebilden
FormeleinheitenentstehenwenneinMetallundeinNichtmetalloderzweiAtomgruppenzueinerVerbindungreagierenmanerhaumlltSalzeBeiRaumtemperaturbildenSalzeKristalle(Feststoffe)
bullSchreibejeweilsdiechemischeFormelunterMolekuumlloderSalzMolekuumll Salz
HCl Wasser
Na3N
NaH2PO4
Mg3(PO4)2
Na2CO3
C8H4O2Cl2
K2Cr2O7
KMnO4
Molekuumll SalzDistickstoffpentaoxid Phosphorsaumlure NH3
Natriumhydroxid
H2CO3
Phosphortrichlorid
Eisen(II)-phosphat
SchwefeligeSaumlure
Calciumnitrat
cNamenundSymbolevonSaumlurenundBasen
In einer Vielzahl von chemischenReaktionen spielenSaumluren oder Basen einewichtigeRolle DeshalbmussmandieNamenundSymboledergaumlngigstenSaumlurenundBasenwelcheaufder4GSNeingefuumlhrtwurdenkennen
bullGibejeweilsdiechemischeFormelrespektivdenNamensowiedieStoffklasse(SaumlureoderBase)anName Formel SaumlureBaseSchwefelsaumlure
NaOH(s)
Natronlauge Salpetersaumlure
H2CO3
Kalilauge
Ca(OH)2(s)
Ca(OH)2(aq)
Name Formel SaumlureBase
HCl(aq)
Kalilauge
SchwefeligeSaumlure
Mg(OH)2(s)
HNO2(aq)
Lithiumhydroxid
NH3(aq)
PhosphorigeSaumlure
3
dAufstellenundEinrichtenvonGleichungen
bullStellediefolgendenGleichungenaufundrichteeinSynthesevonAmmoniak
AnalysevonSilbersulfid
Eisen(III)-oxidreagiertmitKohlenstoffmonooxidzuEisenundKohlenstoffdioxid
StickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
SalpetersaumlurereagiertmiEisen(III)-oxidzuWasserundeinemSalz
bullRichteein
__H3PO4+__CaOrarr__Ca3(PO4)2+__H2O
__Fe2O3+__HClrarr__H2O+__FeCl3
__C6H12+__O2rarr__C+__H2O
__C6H14+__O2rarr__CO2+__H2O
__C4H10O+__O2rarr__CO2+__H2O
__C8H18+__O2rarr__CO2+__H2O
__C3H6O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__C6H12O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__C8H16O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__H2SO4+__NaHCO3rarr__Na2SO4+__H2O+__CO2
__H3PO4+__CaCO3rarr__Ca3(PO4)2+__CO2+__H2O
4
eReaktionsarten
GibjeweilsdieGleichungfuumlrdieallgemeineReaktionsartanStelledanndieGleichungaufrichteeinundgibdieNamenderProdukteanbullVerbrennenvonMagnesium
bullSchwefelwirdverbrannt(inderVerbindungistSchwefel4-wertig)
bullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesium
bullReaktionvonNatriumoxidmitWasser
bullReaktionvonSalpetersaumluremitZink
bullReaktionvonDiphosphorpentaoxidmitWasser
bullReaktionvonWassermitCalciumoxid
bullSchwefelsaumlurereagiertmitNatronlauge
bullPhosphorsaumlurereagiertmitKalkwasser
5
fDasBohr-ModelldesAtomsunddieOktettregel
WelchestabileIonenkoumlnnenfolgendeAtomebildenErklaumlrejeweilsmitHilfedesBohr-ModellsundderLewis-Schreibweise
bullCalcium
bullSauerstoff
bullAluminium
6
GibjeweilsdieLewis-SchreibweiseunddenNamendesIons(sowieKationoderAnion)anwelchesausfolgendenAtomengebildetwerdenkannbullNatrium
bullChlor
bullSchwefel
bullMagnesium
bullAluminium
bullSilber
bullBlei
bullGold(III)
bullEisen(II)
7
2DieIonenbindungBildungvonSalzen
MetallebildenKationendurchAbgabevonElektronen tundiesabernur fallsaucheinReaktonspartnervorhandenistderdieseElektronenaufnehmenkannumAnionenzubilden
aBildungvonKochsalzNatriumchloridEintypischesBeispielistdieBildungvonKochsalzausNatriumundChlorgas
2Na + Cl2 rarr 2NaClweichesMetall
starkaumltzendgelbgruumlnesGas
giftigweiszligerFeststoff
Kochsalz
Natrium ist ein Metall und ein Natriumatom gibt seinAuszligenelektron dann ab falls ein NichtmetallatomdiesesElektronaufnehmenkannChloristeinnichtNichtmetallundeinChloratommoumlchtedasAuszligenelektrondesNatriumsaufnehmenumenergetischstabilerzuwerden
MitHilfedesSchalenmodellskannmandiesveranschaulichen
Elektronenuumlbergang
Natrium-AtomElektronen-
abgabe
Chlor-AtomElektronen-aufnahme
Natrium-IonEkvonNe
Chlorid-IonEkvonAr
DadasZeichnendesSchalenmodellslangwierigistbenutztmandiekompaktereLewis-SchreibweiseumeineInterpretationaufElektronenebenezugeben
Elektronenabgabe+
Elektronenaufnahme
Elektronenaustausch
ElektronenabgabeEinNatrium-AtomgibteinElektronabunderreichtdamitdieElektronenkonfiguration(Ek)vonNeonmanerhaumllteinNatrium-IonNa+(Kation)ElektronenaufnahmeEinChlor-AtomnimmteinElektronaufunderreichtdamitdieEkvonArgonmanerhaumllteinChlorid-IonCl-(Anion)ElektronenaustauschDasElektronwelchesNatriumabgibtwirdvomChlor-Atomaufgenommen
Die positiv geladenen Natrium-Ionen und die negativ geladenen Chlorid-Ionen ziehen sich durchdieelektrostatischeAnziehungskraftgegenseitigan(Ionenbindung)undbildeneineFormeleinheit
eineFormeleinheit
8
DieseFormeleinheitwirdindendreiRichtungendesRaumeswiederholtmanerhaumllteinIonengitter
2DDarstellung
3DDarstellungKationenundAnionenziehensichgegenseitigansieberuumlhrensichAnionensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntKationensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntDiechemischeFormelreduziertsichaufdieFormeleinheit(Na+Cl-)
FreieChloratome existierennichtinderNaturWaumlhrendderReaktionwerdenjedochfreieCl-AtomedurchdiehomolytischeTrennungderCl-Cl-Bindunggebildet
BeimUumlbergangvonderElektronenaustauschgleichungzurnormalenchemischenGleichungmussmandaherdiefreienCl-AtomedurchCl2-Molekuumlleersetzen
Elektronenaustausch |middot2
Man erhaumllt die bekannte globale Gleichung mit einer wichtigen zusaumltzlichen Information anstatt NaClschreibtmanNa+Cl-undgibtdamitandassessichumeineIonenbindunghandeltGlobaleGleichung
AufgabeStellefuumlrfolgendeSalzedieglobaleGleichungfuumlrdieSyntheseausElementenaufErklaumlredannjeweilswelcheVorgaumlngeaufElektronenebeneablaufenFormulieredieglobaleGleichungneuindemdudieIonenformeldesSalzesangibstbullLithiumbromid
bullKaliumiodid
9
bullCalciumchlorid
bullNatriumoxid
bullAluminiumsulfid
bullMagnesiumfluorid
bullEisen(III)-oxid
10
bAufbauundEigenschaftenvonSalzen
PhysikalischeEigenschafteneinigerSalzeName Ionenformel
KationAnionSchmelzpunkt
(degC)Siedepunkt
(degC)Loumlslichkeitin
Wasser(gmiddotL-1)
Natriumchlorid Na+Cl- 801 1465 359
Magnesiumchlorid Mg2+(Cl-)2 708 1412 542
Aluminiumoxid (Al3+)2(O2-)3 2050 2980 unloumlslich
Kaliumnitrat K+NO3- 334 750 316
bull DieIonenbindungistdieBindungderSalzeDieseBindungbestehtausderelektrostatischenAnziehungskraftzwischenKationenundAnionenSalzesindausKationenundAnionenaufgebautdiesichgegenseitiganziehenundKristallebilden
bull WegendengroszligenAnziehungskraumlftenzwischenKationenundAnionenbesitzenSalzehoheSchmelz-undSiedetemperaturen
bull WeilSalzeausIonenaufgebautsindloumlsensiesichmeistensgutinWasseraufbull WeilwaumlsserigeLoumlsungenvonSalzenoderSchmelzenvonSalzenfreibeweglicheIonen(KationenundAnionen)enthaltenleitensiedenelektrischenStromsehrgut
bull SalzkristallesindhartundsproumldedurcheinenheftigenSchlagzersplitternsieinkleinereKristalle
HeftigerSchlagaufdieOberflaumlchedesSalzkristalles
VerschiebungdesGittersBildungvonstarkenAbstossungskraumlften
AbstossendergleichgeladenenTeilchen
derKristallzerspringt
cEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalz
bullEnergiediagrammBeichemischenReaktionenwerdendieBindungen indenEduktenaufgebrochendie freienAtomederEdukteverbindensichdannneuunterBildungderProdukte ImFallvonNatriumchloridsinddieEdukteNatrium(einmetallischglaumlnzenderFeststoff)undChlor(eingelb-gruumlnesGas)
Um aus festem Natrium freie Natriumatome und dann Natrium-Ionen zu erhalten sind zwei Schrittenotwendig- Na(s)rarrNa(g) E1=Sublimationsenergie=107kJmol
- Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=Ionisierungsenergie=502kJmolUmausgasfoumlrmigemChlorfreieChloratomeunddannChlorid-IonenzuerhaltensindauchzweiSchrittenotwendig- frac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=Spaltungsenergie=121kJmol
- Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=Ionisierungsenergie=-355kJmol
Die Ionen Na+ und Cl- lagern sich zusammen und bilden ein Ionengitter dabei wird ein groszligerEnergiebetragfreigesetzt-Na+(s)+Cl-(g)rarrNa+Cl-(s)E5=Gitterenergie=-788kJmol
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
iAufgaben
1
1Wiederholungen
aAufstellenvonchemischenFormeln
Um chemische Formeln mit Hilfe des Kreuzschemas aufstellen zu koumlnnen ist es unumgaumlnglich dieNamen die Symbole und Wertigkeiten der gelaumlufigsten Elemente und Atomgruppen zu kennen AllehierzunoumltigenInformationenfindetmanimSkriptdes4GSNHTML-Kurses
bullGibjeweilsdenfehlendenNamenoderdasSymbolanName SymbolStickstoff Chrom Mn Hg SnWasserstoff Nitrat-Gruppe
=CO3
Phosphat-Gruppe
Name SymbolBarium Fe MgSilber Chlor ArHydroxid-Gruppe
-NH4
Sulfat-Gruppe
Name Symbol Pb KPlatin Zn O CPhosphit-Gruppe
=SO3
-CN
bullStellefolgendeFormelnaufgibdenNamenanundberechnediemolareMasse
BleiundSauerstoff SchwefelundCalcium IodundMagnesium
NitratundWasserstoff KohlenstoffundFluor NitratundAmmonium
KohlenstoffundAluminium HydroxidundLithium SauerstoffundSchwefel(VI)
CarbonatundWasserstoff SulfitundNatrium SchwefelundKalium
2
bMolekuumlleundFormeleinheiten
MolekuumlleundFormeleinheitenunterscheidensichinderArtderAtomeausdenensieaufgebautsind
MolekuumlleentstehenwennNichtmetallatomezueinerVerbindungreagierenMolekuumlleenthaltenausschliesslich NichtmetallatomeBei Raumtemperatur koumlnnen Molekuumlle Gase Fluumlssigkeiten oderFeststoffebilden
FormeleinheitenentstehenwenneinMetallundeinNichtmetalloderzweiAtomgruppenzueinerVerbindungreagierenmanerhaumlltSalzeBeiRaumtemperaturbildenSalzeKristalle(Feststoffe)
bullSchreibejeweilsdiechemischeFormelunterMolekuumlloderSalzMolekuumll Salz
HCl Wasser
Na3N
NaH2PO4
Mg3(PO4)2
Na2CO3
C8H4O2Cl2
K2Cr2O7
KMnO4
Molekuumll SalzDistickstoffpentaoxid Phosphorsaumlure NH3
Natriumhydroxid
H2CO3
Phosphortrichlorid
Eisen(II)-phosphat
SchwefeligeSaumlure
Calciumnitrat
cNamenundSymbolevonSaumlurenundBasen
In einer Vielzahl von chemischenReaktionen spielenSaumluren oder Basen einewichtigeRolle DeshalbmussmandieNamenundSymboledergaumlngigstenSaumlurenundBasenwelcheaufder4GSNeingefuumlhrtwurdenkennen
bullGibejeweilsdiechemischeFormelrespektivdenNamensowiedieStoffklasse(SaumlureoderBase)anName Formel SaumlureBaseSchwefelsaumlure
NaOH(s)
Natronlauge Salpetersaumlure
H2CO3
Kalilauge
Ca(OH)2(s)
Ca(OH)2(aq)
Name Formel SaumlureBase
HCl(aq)
Kalilauge
SchwefeligeSaumlure
Mg(OH)2(s)
HNO2(aq)
Lithiumhydroxid
NH3(aq)
PhosphorigeSaumlure
3
dAufstellenundEinrichtenvonGleichungen
bullStellediefolgendenGleichungenaufundrichteeinSynthesevonAmmoniak
AnalysevonSilbersulfid
Eisen(III)-oxidreagiertmitKohlenstoffmonooxidzuEisenundKohlenstoffdioxid
StickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
SalpetersaumlurereagiertmiEisen(III)-oxidzuWasserundeinemSalz
bullRichteein
__H3PO4+__CaOrarr__Ca3(PO4)2+__H2O
__Fe2O3+__HClrarr__H2O+__FeCl3
__C6H12+__O2rarr__C+__H2O
__C6H14+__O2rarr__CO2+__H2O
__C4H10O+__O2rarr__CO2+__H2O
__C8H18+__O2rarr__CO2+__H2O
__C3H6O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__C6H12O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__C8H16O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__H2SO4+__NaHCO3rarr__Na2SO4+__H2O+__CO2
__H3PO4+__CaCO3rarr__Ca3(PO4)2+__CO2+__H2O
4
eReaktionsarten
GibjeweilsdieGleichungfuumlrdieallgemeineReaktionsartanStelledanndieGleichungaufrichteeinundgibdieNamenderProdukteanbullVerbrennenvonMagnesium
bullSchwefelwirdverbrannt(inderVerbindungistSchwefel4-wertig)
bullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesium
bullReaktionvonNatriumoxidmitWasser
bullReaktionvonSalpetersaumluremitZink
bullReaktionvonDiphosphorpentaoxidmitWasser
bullReaktionvonWassermitCalciumoxid
bullSchwefelsaumlurereagiertmitNatronlauge
bullPhosphorsaumlurereagiertmitKalkwasser
5
fDasBohr-ModelldesAtomsunddieOktettregel
WelchestabileIonenkoumlnnenfolgendeAtomebildenErklaumlrejeweilsmitHilfedesBohr-ModellsundderLewis-Schreibweise
bullCalcium
bullSauerstoff
bullAluminium
6
GibjeweilsdieLewis-SchreibweiseunddenNamendesIons(sowieKationoderAnion)anwelchesausfolgendenAtomengebildetwerdenkannbullNatrium
bullChlor
bullSchwefel
bullMagnesium
bullAluminium
bullSilber
bullBlei
bullGold(III)
bullEisen(II)
7
2DieIonenbindungBildungvonSalzen
MetallebildenKationendurchAbgabevonElektronen tundiesabernur fallsaucheinReaktonspartnervorhandenistderdieseElektronenaufnehmenkannumAnionenzubilden
aBildungvonKochsalzNatriumchloridEintypischesBeispielistdieBildungvonKochsalzausNatriumundChlorgas
2Na + Cl2 rarr 2NaClweichesMetall
starkaumltzendgelbgruumlnesGas
giftigweiszligerFeststoff
Kochsalz
Natrium ist ein Metall und ein Natriumatom gibt seinAuszligenelektron dann ab falls ein NichtmetallatomdiesesElektronaufnehmenkannChloristeinnichtNichtmetallundeinChloratommoumlchtedasAuszligenelektrondesNatriumsaufnehmenumenergetischstabilerzuwerden
MitHilfedesSchalenmodellskannmandiesveranschaulichen
Elektronenuumlbergang
Natrium-AtomElektronen-
abgabe
Chlor-AtomElektronen-aufnahme
Natrium-IonEkvonNe
Chlorid-IonEkvonAr
DadasZeichnendesSchalenmodellslangwierigistbenutztmandiekompaktereLewis-SchreibweiseumeineInterpretationaufElektronenebenezugeben
Elektronenabgabe+
Elektronenaufnahme
Elektronenaustausch
ElektronenabgabeEinNatrium-AtomgibteinElektronabunderreichtdamitdieElektronenkonfiguration(Ek)vonNeonmanerhaumllteinNatrium-IonNa+(Kation)ElektronenaufnahmeEinChlor-AtomnimmteinElektronaufunderreichtdamitdieEkvonArgonmanerhaumllteinChlorid-IonCl-(Anion)ElektronenaustauschDasElektronwelchesNatriumabgibtwirdvomChlor-Atomaufgenommen
Die positiv geladenen Natrium-Ionen und die negativ geladenen Chlorid-Ionen ziehen sich durchdieelektrostatischeAnziehungskraftgegenseitigan(Ionenbindung)undbildeneineFormeleinheit
eineFormeleinheit
8
DieseFormeleinheitwirdindendreiRichtungendesRaumeswiederholtmanerhaumllteinIonengitter
2DDarstellung
3DDarstellungKationenundAnionenziehensichgegenseitigansieberuumlhrensichAnionensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntKationensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntDiechemischeFormelreduziertsichaufdieFormeleinheit(Na+Cl-)
FreieChloratome existierennichtinderNaturWaumlhrendderReaktionwerdenjedochfreieCl-AtomedurchdiehomolytischeTrennungderCl-Cl-Bindunggebildet
BeimUumlbergangvonderElektronenaustauschgleichungzurnormalenchemischenGleichungmussmandaherdiefreienCl-AtomedurchCl2-Molekuumlleersetzen
Elektronenaustausch |middot2
Man erhaumllt die bekannte globale Gleichung mit einer wichtigen zusaumltzlichen Information anstatt NaClschreibtmanNa+Cl-undgibtdamitandassessichumeineIonenbindunghandeltGlobaleGleichung
AufgabeStellefuumlrfolgendeSalzedieglobaleGleichungfuumlrdieSyntheseausElementenaufErklaumlredannjeweilswelcheVorgaumlngeaufElektronenebeneablaufenFormulieredieglobaleGleichungneuindemdudieIonenformeldesSalzesangibstbullLithiumbromid
bullKaliumiodid
9
bullCalciumchlorid
bullNatriumoxid
bullAluminiumsulfid
bullMagnesiumfluorid
bullEisen(III)-oxid
10
bAufbauundEigenschaftenvonSalzen
PhysikalischeEigenschafteneinigerSalzeName Ionenformel
KationAnionSchmelzpunkt
(degC)Siedepunkt
(degC)Loumlslichkeitin
Wasser(gmiddotL-1)
Natriumchlorid Na+Cl- 801 1465 359
Magnesiumchlorid Mg2+(Cl-)2 708 1412 542
Aluminiumoxid (Al3+)2(O2-)3 2050 2980 unloumlslich
Kaliumnitrat K+NO3- 334 750 316
bull DieIonenbindungistdieBindungderSalzeDieseBindungbestehtausderelektrostatischenAnziehungskraftzwischenKationenundAnionenSalzesindausKationenundAnionenaufgebautdiesichgegenseitiganziehenundKristallebilden
bull WegendengroszligenAnziehungskraumlftenzwischenKationenundAnionenbesitzenSalzehoheSchmelz-undSiedetemperaturen
bull WeilSalzeausIonenaufgebautsindloumlsensiesichmeistensgutinWasseraufbull WeilwaumlsserigeLoumlsungenvonSalzenoderSchmelzenvonSalzenfreibeweglicheIonen(KationenundAnionen)enthaltenleitensiedenelektrischenStromsehrgut
bull SalzkristallesindhartundsproumldedurcheinenheftigenSchlagzersplitternsieinkleinereKristalle
HeftigerSchlagaufdieOberflaumlchedesSalzkristalles
VerschiebungdesGittersBildungvonstarkenAbstossungskraumlften
AbstossendergleichgeladenenTeilchen
derKristallzerspringt
cEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalz
bullEnergiediagrammBeichemischenReaktionenwerdendieBindungen indenEduktenaufgebrochendie freienAtomederEdukteverbindensichdannneuunterBildungderProdukte ImFallvonNatriumchloridsinddieEdukteNatrium(einmetallischglaumlnzenderFeststoff)undChlor(eingelb-gruumlnesGas)
Um aus festem Natrium freie Natriumatome und dann Natrium-Ionen zu erhalten sind zwei Schrittenotwendig- Na(s)rarrNa(g) E1=Sublimationsenergie=107kJmol
- Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=Ionisierungsenergie=502kJmolUmausgasfoumlrmigemChlorfreieChloratomeunddannChlorid-IonenzuerhaltensindauchzweiSchrittenotwendig- frac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=Spaltungsenergie=121kJmol
- Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=Ionisierungsenergie=-355kJmol
Die Ionen Na+ und Cl- lagern sich zusammen und bilden ein Ionengitter dabei wird ein groszligerEnergiebetragfreigesetzt-Na+(s)+Cl-(g)rarrNa+Cl-(s)E5=Gitterenergie=-788kJmol
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
1
1Wiederholungen
aAufstellenvonchemischenFormeln
Um chemische Formeln mit Hilfe des Kreuzschemas aufstellen zu koumlnnen ist es unumgaumlnglich dieNamen die Symbole und Wertigkeiten der gelaumlufigsten Elemente und Atomgruppen zu kennen AllehierzunoumltigenInformationenfindetmanimSkriptdes4GSNHTML-Kurses
bullGibjeweilsdenfehlendenNamenoderdasSymbolanName SymbolStickstoff Chrom Mn Hg SnWasserstoff Nitrat-Gruppe
=CO3
Phosphat-Gruppe
Name SymbolBarium Fe MgSilber Chlor ArHydroxid-Gruppe
-NH4
Sulfat-Gruppe
Name Symbol Pb KPlatin Zn O CPhosphit-Gruppe
=SO3
-CN
bullStellefolgendeFormelnaufgibdenNamenanundberechnediemolareMasse
BleiundSauerstoff SchwefelundCalcium IodundMagnesium
NitratundWasserstoff KohlenstoffundFluor NitratundAmmonium
KohlenstoffundAluminium HydroxidundLithium SauerstoffundSchwefel(VI)
CarbonatundWasserstoff SulfitundNatrium SchwefelundKalium
2
bMolekuumlleundFormeleinheiten
MolekuumlleundFormeleinheitenunterscheidensichinderArtderAtomeausdenensieaufgebautsind
MolekuumlleentstehenwennNichtmetallatomezueinerVerbindungreagierenMolekuumlleenthaltenausschliesslich NichtmetallatomeBei Raumtemperatur koumlnnen Molekuumlle Gase Fluumlssigkeiten oderFeststoffebilden
FormeleinheitenentstehenwenneinMetallundeinNichtmetalloderzweiAtomgruppenzueinerVerbindungreagierenmanerhaumlltSalzeBeiRaumtemperaturbildenSalzeKristalle(Feststoffe)
bullSchreibejeweilsdiechemischeFormelunterMolekuumlloderSalzMolekuumll Salz
HCl Wasser
Na3N
NaH2PO4
Mg3(PO4)2
Na2CO3
C8H4O2Cl2
K2Cr2O7
KMnO4
Molekuumll SalzDistickstoffpentaoxid Phosphorsaumlure NH3
Natriumhydroxid
H2CO3
Phosphortrichlorid
Eisen(II)-phosphat
SchwefeligeSaumlure
Calciumnitrat
cNamenundSymbolevonSaumlurenundBasen
In einer Vielzahl von chemischenReaktionen spielenSaumluren oder Basen einewichtigeRolle DeshalbmussmandieNamenundSymboledergaumlngigstenSaumlurenundBasenwelcheaufder4GSNeingefuumlhrtwurdenkennen
bullGibejeweilsdiechemischeFormelrespektivdenNamensowiedieStoffklasse(SaumlureoderBase)anName Formel SaumlureBaseSchwefelsaumlure
NaOH(s)
Natronlauge Salpetersaumlure
H2CO3
Kalilauge
Ca(OH)2(s)
Ca(OH)2(aq)
Name Formel SaumlureBase
HCl(aq)
Kalilauge
SchwefeligeSaumlure
Mg(OH)2(s)
HNO2(aq)
Lithiumhydroxid
NH3(aq)
PhosphorigeSaumlure
3
dAufstellenundEinrichtenvonGleichungen
bullStellediefolgendenGleichungenaufundrichteeinSynthesevonAmmoniak
AnalysevonSilbersulfid
Eisen(III)-oxidreagiertmitKohlenstoffmonooxidzuEisenundKohlenstoffdioxid
StickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
SalpetersaumlurereagiertmiEisen(III)-oxidzuWasserundeinemSalz
bullRichteein
__H3PO4+__CaOrarr__Ca3(PO4)2+__H2O
__Fe2O3+__HClrarr__H2O+__FeCl3
__C6H12+__O2rarr__C+__H2O
__C6H14+__O2rarr__CO2+__H2O
__C4H10O+__O2rarr__CO2+__H2O
__C8H18+__O2rarr__CO2+__H2O
__C3H6O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__C6H12O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__C8H16O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__H2SO4+__NaHCO3rarr__Na2SO4+__H2O+__CO2
__H3PO4+__CaCO3rarr__Ca3(PO4)2+__CO2+__H2O
4
eReaktionsarten
GibjeweilsdieGleichungfuumlrdieallgemeineReaktionsartanStelledanndieGleichungaufrichteeinundgibdieNamenderProdukteanbullVerbrennenvonMagnesium
bullSchwefelwirdverbrannt(inderVerbindungistSchwefel4-wertig)
bullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesium
bullReaktionvonNatriumoxidmitWasser
bullReaktionvonSalpetersaumluremitZink
bullReaktionvonDiphosphorpentaoxidmitWasser
bullReaktionvonWassermitCalciumoxid
bullSchwefelsaumlurereagiertmitNatronlauge
bullPhosphorsaumlurereagiertmitKalkwasser
5
fDasBohr-ModelldesAtomsunddieOktettregel
WelchestabileIonenkoumlnnenfolgendeAtomebildenErklaumlrejeweilsmitHilfedesBohr-ModellsundderLewis-Schreibweise
bullCalcium
bullSauerstoff
bullAluminium
6
GibjeweilsdieLewis-SchreibweiseunddenNamendesIons(sowieKationoderAnion)anwelchesausfolgendenAtomengebildetwerdenkannbullNatrium
bullChlor
bullSchwefel
bullMagnesium
bullAluminium
bullSilber
bullBlei
bullGold(III)
bullEisen(II)
7
2DieIonenbindungBildungvonSalzen
MetallebildenKationendurchAbgabevonElektronen tundiesabernur fallsaucheinReaktonspartnervorhandenistderdieseElektronenaufnehmenkannumAnionenzubilden
aBildungvonKochsalzNatriumchloridEintypischesBeispielistdieBildungvonKochsalzausNatriumundChlorgas
2Na + Cl2 rarr 2NaClweichesMetall
starkaumltzendgelbgruumlnesGas
giftigweiszligerFeststoff
Kochsalz
Natrium ist ein Metall und ein Natriumatom gibt seinAuszligenelektron dann ab falls ein NichtmetallatomdiesesElektronaufnehmenkannChloristeinnichtNichtmetallundeinChloratommoumlchtedasAuszligenelektrondesNatriumsaufnehmenumenergetischstabilerzuwerden
MitHilfedesSchalenmodellskannmandiesveranschaulichen
Elektronenuumlbergang
Natrium-AtomElektronen-
abgabe
Chlor-AtomElektronen-aufnahme
Natrium-IonEkvonNe
Chlorid-IonEkvonAr
DadasZeichnendesSchalenmodellslangwierigistbenutztmandiekompaktereLewis-SchreibweiseumeineInterpretationaufElektronenebenezugeben
Elektronenabgabe+
Elektronenaufnahme
Elektronenaustausch
ElektronenabgabeEinNatrium-AtomgibteinElektronabunderreichtdamitdieElektronenkonfiguration(Ek)vonNeonmanerhaumllteinNatrium-IonNa+(Kation)ElektronenaufnahmeEinChlor-AtomnimmteinElektronaufunderreichtdamitdieEkvonArgonmanerhaumllteinChlorid-IonCl-(Anion)ElektronenaustauschDasElektronwelchesNatriumabgibtwirdvomChlor-Atomaufgenommen
Die positiv geladenen Natrium-Ionen und die negativ geladenen Chlorid-Ionen ziehen sich durchdieelektrostatischeAnziehungskraftgegenseitigan(Ionenbindung)undbildeneineFormeleinheit
eineFormeleinheit
8
DieseFormeleinheitwirdindendreiRichtungendesRaumeswiederholtmanerhaumllteinIonengitter
2DDarstellung
3DDarstellungKationenundAnionenziehensichgegenseitigansieberuumlhrensichAnionensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntKationensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntDiechemischeFormelreduziertsichaufdieFormeleinheit(Na+Cl-)
FreieChloratome existierennichtinderNaturWaumlhrendderReaktionwerdenjedochfreieCl-AtomedurchdiehomolytischeTrennungderCl-Cl-Bindunggebildet
BeimUumlbergangvonderElektronenaustauschgleichungzurnormalenchemischenGleichungmussmandaherdiefreienCl-AtomedurchCl2-Molekuumlleersetzen
Elektronenaustausch |middot2
Man erhaumllt die bekannte globale Gleichung mit einer wichtigen zusaumltzlichen Information anstatt NaClschreibtmanNa+Cl-undgibtdamitandassessichumeineIonenbindunghandeltGlobaleGleichung
AufgabeStellefuumlrfolgendeSalzedieglobaleGleichungfuumlrdieSyntheseausElementenaufErklaumlredannjeweilswelcheVorgaumlngeaufElektronenebeneablaufenFormulieredieglobaleGleichungneuindemdudieIonenformeldesSalzesangibstbullLithiumbromid
bullKaliumiodid
9
bullCalciumchlorid
bullNatriumoxid
bullAluminiumsulfid
bullMagnesiumfluorid
bullEisen(III)-oxid
10
bAufbauundEigenschaftenvonSalzen
PhysikalischeEigenschafteneinigerSalzeName Ionenformel
KationAnionSchmelzpunkt
(degC)Siedepunkt
(degC)Loumlslichkeitin
Wasser(gmiddotL-1)
Natriumchlorid Na+Cl- 801 1465 359
Magnesiumchlorid Mg2+(Cl-)2 708 1412 542
Aluminiumoxid (Al3+)2(O2-)3 2050 2980 unloumlslich
Kaliumnitrat K+NO3- 334 750 316
bull DieIonenbindungistdieBindungderSalzeDieseBindungbestehtausderelektrostatischenAnziehungskraftzwischenKationenundAnionenSalzesindausKationenundAnionenaufgebautdiesichgegenseitiganziehenundKristallebilden
bull WegendengroszligenAnziehungskraumlftenzwischenKationenundAnionenbesitzenSalzehoheSchmelz-undSiedetemperaturen
bull WeilSalzeausIonenaufgebautsindloumlsensiesichmeistensgutinWasseraufbull WeilwaumlsserigeLoumlsungenvonSalzenoderSchmelzenvonSalzenfreibeweglicheIonen(KationenundAnionen)enthaltenleitensiedenelektrischenStromsehrgut
bull SalzkristallesindhartundsproumldedurcheinenheftigenSchlagzersplitternsieinkleinereKristalle
HeftigerSchlagaufdieOberflaumlchedesSalzkristalles
VerschiebungdesGittersBildungvonstarkenAbstossungskraumlften
AbstossendergleichgeladenenTeilchen
derKristallzerspringt
cEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalz
bullEnergiediagrammBeichemischenReaktionenwerdendieBindungen indenEduktenaufgebrochendie freienAtomederEdukteverbindensichdannneuunterBildungderProdukte ImFallvonNatriumchloridsinddieEdukteNatrium(einmetallischglaumlnzenderFeststoff)undChlor(eingelb-gruumlnesGas)
Um aus festem Natrium freie Natriumatome und dann Natrium-Ionen zu erhalten sind zwei Schrittenotwendig- Na(s)rarrNa(g) E1=Sublimationsenergie=107kJmol
- Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=Ionisierungsenergie=502kJmolUmausgasfoumlrmigemChlorfreieChloratomeunddannChlorid-IonenzuerhaltensindauchzweiSchrittenotwendig- frac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=Spaltungsenergie=121kJmol
- Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=Ionisierungsenergie=-355kJmol
Die Ionen Na+ und Cl- lagern sich zusammen und bilden ein Ionengitter dabei wird ein groszligerEnergiebetragfreigesetzt-Na+(s)+Cl-(g)rarrNa+Cl-(s)E5=Gitterenergie=-788kJmol
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
2
bMolekuumlleundFormeleinheiten
MolekuumlleundFormeleinheitenunterscheidensichinderArtderAtomeausdenensieaufgebautsind
MolekuumlleentstehenwennNichtmetallatomezueinerVerbindungreagierenMolekuumlleenthaltenausschliesslich NichtmetallatomeBei Raumtemperatur koumlnnen Molekuumlle Gase Fluumlssigkeiten oderFeststoffebilden
FormeleinheitenentstehenwenneinMetallundeinNichtmetalloderzweiAtomgruppenzueinerVerbindungreagierenmanerhaumlltSalzeBeiRaumtemperaturbildenSalzeKristalle(Feststoffe)
bullSchreibejeweilsdiechemischeFormelunterMolekuumlloderSalzMolekuumll Salz
HCl Wasser
Na3N
NaH2PO4
Mg3(PO4)2
Na2CO3
C8H4O2Cl2
K2Cr2O7
KMnO4
Molekuumll SalzDistickstoffpentaoxid Phosphorsaumlure NH3
Natriumhydroxid
H2CO3
Phosphortrichlorid
Eisen(II)-phosphat
SchwefeligeSaumlure
Calciumnitrat
cNamenundSymbolevonSaumlurenundBasen
In einer Vielzahl von chemischenReaktionen spielenSaumluren oder Basen einewichtigeRolle DeshalbmussmandieNamenundSymboledergaumlngigstenSaumlurenundBasenwelcheaufder4GSNeingefuumlhrtwurdenkennen
bullGibejeweilsdiechemischeFormelrespektivdenNamensowiedieStoffklasse(SaumlureoderBase)anName Formel SaumlureBaseSchwefelsaumlure
NaOH(s)
Natronlauge Salpetersaumlure
H2CO3
Kalilauge
Ca(OH)2(s)
Ca(OH)2(aq)
Name Formel SaumlureBase
HCl(aq)
Kalilauge
SchwefeligeSaumlure
Mg(OH)2(s)
HNO2(aq)
Lithiumhydroxid
NH3(aq)
PhosphorigeSaumlure
3
dAufstellenundEinrichtenvonGleichungen
bullStellediefolgendenGleichungenaufundrichteeinSynthesevonAmmoniak
AnalysevonSilbersulfid
Eisen(III)-oxidreagiertmitKohlenstoffmonooxidzuEisenundKohlenstoffdioxid
StickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
SalpetersaumlurereagiertmiEisen(III)-oxidzuWasserundeinemSalz
bullRichteein
__H3PO4+__CaOrarr__Ca3(PO4)2+__H2O
__Fe2O3+__HClrarr__H2O+__FeCl3
__C6H12+__O2rarr__C+__H2O
__C6H14+__O2rarr__CO2+__H2O
__C4H10O+__O2rarr__CO2+__H2O
__C8H18+__O2rarr__CO2+__H2O
__C3H6O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__C6H12O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__C8H16O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__H2SO4+__NaHCO3rarr__Na2SO4+__H2O+__CO2
__H3PO4+__CaCO3rarr__Ca3(PO4)2+__CO2+__H2O
4
eReaktionsarten
GibjeweilsdieGleichungfuumlrdieallgemeineReaktionsartanStelledanndieGleichungaufrichteeinundgibdieNamenderProdukteanbullVerbrennenvonMagnesium
bullSchwefelwirdverbrannt(inderVerbindungistSchwefel4-wertig)
bullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesium
bullReaktionvonNatriumoxidmitWasser
bullReaktionvonSalpetersaumluremitZink
bullReaktionvonDiphosphorpentaoxidmitWasser
bullReaktionvonWassermitCalciumoxid
bullSchwefelsaumlurereagiertmitNatronlauge
bullPhosphorsaumlurereagiertmitKalkwasser
5
fDasBohr-ModelldesAtomsunddieOktettregel
WelchestabileIonenkoumlnnenfolgendeAtomebildenErklaumlrejeweilsmitHilfedesBohr-ModellsundderLewis-Schreibweise
bullCalcium
bullSauerstoff
bullAluminium
6
GibjeweilsdieLewis-SchreibweiseunddenNamendesIons(sowieKationoderAnion)anwelchesausfolgendenAtomengebildetwerdenkannbullNatrium
bullChlor
bullSchwefel
bullMagnesium
bullAluminium
bullSilber
bullBlei
bullGold(III)
bullEisen(II)
7
2DieIonenbindungBildungvonSalzen
MetallebildenKationendurchAbgabevonElektronen tundiesabernur fallsaucheinReaktonspartnervorhandenistderdieseElektronenaufnehmenkannumAnionenzubilden
aBildungvonKochsalzNatriumchloridEintypischesBeispielistdieBildungvonKochsalzausNatriumundChlorgas
2Na + Cl2 rarr 2NaClweichesMetall
starkaumltzendgelbgruumlnesGas
giftigweiszligerFeststoff
Kochsalz
Natrium ist ein Metall und ein Natriumatom gibt seinAuszligenelektron dann ab falls ein NichtmetallatomdiesesElektronaufnehmenkannChloristeinnichtNichtmetallundeinChloratommoumlchtedasAuszligenelektrondesNatriumsaufnehmenumenergetischstabilerzuwerden
MitHilfedesSchalenmodellskannmandiesveranschaulichen
Elektronenuumlbergang
Natrium-AtomElektronen-
abgabe
Chlor-AtomElektronen-aufnahme
Natrium-IonEkvonNe
Chlorid-IonEkvonAr
DadasZeichnendesSchalenmodellslangwierigistbenutztmandiekompaktereLewis-SchreibweiseumeineInterpretationaufElektronenebenezugeben
Elektronenabgabe+
Elektronenaufnahme
Elektronenaustausch
ElektronenabgabeEinNatrium-AtomgibteinElektronabunderreichtdamitdieElektronenkonfiguration(Ek)vonNeonmanerhaumllteinNatrium-IonNa+(Kation)ElektronenaufnahmeEinChlor-AtomnimmteinElektronaufunderreichtdamitdieEkvonArgonmanerhaumllteinChlorid-IonCl-(Anion)ElektronenaustauschDasElektronwelchesNatriumabgibtwirdvomChlor-Atomaufgenommen
Die positiv geladenen Natrium-Ionen und die negativ geladenen Chlorid-Ionen ziehen sich durchdieelektrostatischeAnziehungskraftgegenseitigan(Ionenbindung)undbildeneineFormeleinheit
eineFormeleinheit
8
DieseFormeleinheitwirdindendreiRichtungendesRaumeswiederholtmanerhaumllteinIonengitter
2DDarstellung
3DDarstellungKationenundAnionenziehensichgegenseitigansieberuumlhrensichAnionensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntKationensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntDiechemischeFormelreduziertsichaufdieFormeleinheit(Na+Cl-)
FreieChloratome existierennichtinderNaturWaumlhrendderReaktionwerdenjedochfreieCl-AtomedurchdiehomolytischeTrennungderCl-Cl-Bindunggebildet
BeimUumlbergangvonderElektronenaustauschgleichungzurnormalenchemischenGleichungmussmandaherdiefreienCl-AtomedurchCl2-Molekuumlleersetzen
Elektronenaustausch |middot2
Man erhaumllt die bekannte globale Gleichung mit einer wichtigen zusaumltzlichen Information anstatt NaClschreibtmanNa+Cl-undgibtdamitandassessichumeineIonenbindunghandeltGlobaleGleichung
AufgabeStellefuumlrfolgendeSalzedieglobaleGleichungfuumlrdieSyntheseausElementenaufErklaumlredannjeweilswelcheVorgaumlngeaufElektronenebeneablaufenFormulieredieglobaleGleichungneuindemdudieIonenformeldesSalzesangibstbullLithiumbromid
bullKaliumiodid
9
bullCalciumchlorid
bullNatriumoxid
bullAluminiumsulfid
bullMagnesiumfluorid
bullEisen(III)-oxid
10
bAufbauundEigenschaftenvonSalzen
PhysikalischeEigenschafteneinigerSalzeName Ionenformel
KationAnionSchmelzpunkt
(degC)Siedepunkt
(degC)Loumlslichkeitin
Wasser(gmiddotL-1)
Natriumchlorid Na+Cl- 801 1465 359
Magnesiumchlorid Mg2+(Cl-)2 708 1412 542
Aluminiumoxid (Al3+)2(O2-)3 2050 2980 unloumlslich
Kaliumnitrat K+NO3- 334 750 316
bull DieIonenbindungistdieBindungderSalzeDieseBindungbestehtausderelektrostatischenAnziehungskraftzwischenKationenundAnionenSalzesindausKationenundAnionenaufgebautdiesichgegenseitiganziehenundKristallebilden
bull WegendengroszligenAnziehungskraumlftenzwischenKationenundAnionenbesitzenSalzehoheSchmelz-undSiedetemperaturen
bull WeilSalzeausIonenaufgebautsindloumlsensiesichmeistensgutinWasseraufbull WeilwaumlsserigeLoumlsungenvonSalzenoderSchmelzenvonSalzenfreibeweglicheIonen(KationenundAnionen)enthaltenleitensiedenelektrischenStromsehrgut
bull SalzkristallesindhartundsproumldedurcheinenheftigenSchlagzersplitternsieinkleinereKristalle
HeftigerSchlagaufdieOberflaumlchedesSalzkristalles
VerschiebungdesGittersBildungvonstarkenAbstossungskraumlften
AbstossendergleichgeladenenTeilchen
derKristallzerspringt
cEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalz
bullEnergiediagrammBeichemischenReaktionenwerdendieBindungen indenEduktenaufgebrochendie freienAtomederEdukteverbindensichdannneuunterBildungderProdukte ImFallvonNatriumchloridsinddieEdukteNatrium(einmetallischglaumlnzenderFeststoff)undChlor(eingelb-gruumlnesGas)
Um aus festem Natrium freie Natriumatome und dann Natrium-Ionen zu erhalten sind zwei Schrittenotwendig- Na(s)rarrNa(g) E1=Sublimationsenergie=107kJmol
- Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=Ionisierungsenergie=502kJmolUmausgasfoumlrmigemChlorfreieChloratomeunddannChlorid-IonenzuerhaltensindauchzweiSchrittenotwendig- frac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=Spaltungsenergie=121kJmol
- Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=Ionisierungsenergie=-355kJmol
Die Ionen Na+ und Cl- lagern sich zusammen und bilden ein Ionengitter dabei wird ein groszligerEnergiebetragfreigesetzt-Na+(s)+Cl-(g)rarrNa+Cl-(s)E5=Gitterenergie=-788kJmol
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
3
dAufstellenundEinrichtenvonGleichungen
bullStellediefolgendenGleichungenaufundrichteeinSynthesevonAmmoniak
AnalysevonSilbersulfid
Eisen(III)-oxidreagiertmitKohlenstoffmonooxidzuEisenundKohlenstoffdioxid
StickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
SalpetersaumlurereagiertmiEisen(III)-oxidzuWasserundeinemSalz
bullRichteein
__H3PO4+__CaOrarr__Ca3(PO4)2+__H2O
__Fe2O3+__HClrarr__H2O+__FeCl3
__C6H12+__O2rarr__C+__H2O
__C6H14+__O2rarr__CO2+__H2O
__C4H10O+__O2rarr__CO2+__H2O
__C8H18+__O2rarr__CO2+__H2O
__C3H6O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__C6H12O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__C8H16O2+__O2rarr__CO2+__H2O
__H2SO4+__NaHCO3rarr__Na2SO4+__H2O+__CO2
__H3PO4+__CaCO3rarr__Ca3(PO4)2+__CO2+__H2O
4
eReaktionsarten
GibjeweilsdieGleichungfuumlrdieallgemeineReaktionsartanStelledanndieGleichungaufrichteeinundgibdieNamenderProdukteanbullVerbrennenvonMagnesium
bullSchwefelwirdverbrannt(inderVerbindungistSchwefel4-wertig)
bullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesium
bullReaktionvonNatriumoxidmitWasser
bullReaktionvonSalpetersaumluremitZink
bullReaktionvonDiphosphorpentaoxidmitWasser
bullReaktionvonWassermitCalciumoxid
bullSchwefelsaumlurereagiertmitNatronlauge
bullPhosphorsaumlurereagiertmitKalkwasser
5
fDasBohr-ModelldesAtomsunddieOktettregel
WelchestabileIonenkoumlnnenfolgendeAtomebildenErklaumlrejeweilsmitHilfedesBohr-ModellsundderLewis-Schreibweise
bullCalcium
bullSauerstoff
bullAluminium
6
GibjeweilsdieLewis-SchreibweiseunddenNamendesIons(sowieKationoderAnion)anwelchesausfolgendenAtomengebildetwerdenkannbullNatrium
bullChlor
bullSchwefel
bullMagnesium
bullAluminium
bullSilber
bullBlei
bullGold(III)
bullEisen(II)
7
2DieIonenbindungBildungvonSalzen
MetallebildenKationendurchAbgabevonElektronen tundiesabernur fallsaucheinReaktonspartnervorhandenistderdieseElektronenaufnehmenkannumAnionenzubilden
aBildungvonKochsalzNatriumchloridEintypischesBeispielistdieBildungvonKochsalzausNatriumundChlorgas
2Na + Cl2 rarr 2NaClweichesMetall
starkaumltzendgelbgruumlnesGas
giftigweiszligerFeststoff
Kochsalz
Natrium ist ein Metall und ein Natriumatom gibt seinAuszligenelektron dann ab falls ein NichtmetallatomdiesesElektronaufnehmenkannChloristeinnichtNichtmetallundeinChloratommoumlchtedasAuszligenelektrondesNatriumsaufnehmenumenergetischstabilerzuwerden
MitHilfedesSchalenmodellskannmandiesveranschaulichen
Elektronenuumlbergang
Natrium-AtomElektronen-
abgabe
Chlor-AtomElektronen-aufnahme
Natrium-IonEkvonNe
Chlorid-IonEkvonAr
DadasZeichnendesSchalenmodellslangwierigistbenutztmandiekompaktereLewis-SchreibweiseumeineInterpretationaufElektronenebenezugeben
Elektronenabgabe+
Elektronenaufnahme
Elektronenaustausch
ElektronenabgabeEinNatrium-AtomgibteinElektronabunderreichtdamitdieElektronenkonfiguration(Ek)vonNeonmanerhaumllteinNatrium-IonNa+(Kation)ElektronenaufnahmeEinChlor-AtomnimmteinElektronaufunderreichtdamitdieEkvonArgonmanerhaumllteinChlorid-IonCl-(Anion)ElektronenaustauschDasElektronwelchesNatriumabgibtwirdvomChlor-Atomaufgenommen
Die positiv geladenen Natrium-Ionen und die negativ geladenen Chlorid-Ionen ziehen sich durchdieelektrostatischeAnziehungskraftgegenseitigan(Ionenbindung)undbildeneineFormeleinheit
eineFormeleinheit
8
DieseFormeleinheitwirdindendreiRichtungendesRaumeswiederholtmanerhaumllteinIonengitter
2DDarstellung
3DDarstellungKationenundAnionenziehensichgegenseitigansieberuumlhrensichAnionensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntKationensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntDiechemischeFormelreduziertsichaufdieFormeleinheit(Na+Cl-)
FreieChloratome existierennichtinderNaturWaumlhrendderReaktionwerdenjedochfreieCl-AtomedurchdiehomolytischeTrennungderCl-Cl-Bindunggebildet
BeimUumlbergangvonderElektronenaustauschgleichungzurnormalenchemischenGleichungmussmandaherdiefreienCl-AtomedurchCl2-Molekuumlleersetzen
Elektronenaustausch |middot2
Man erhaumllt die bekannte globale Gleichung mit einer wichtigen zusaumltzlichen Information anstatt NaClschreibtmanNa+Cl-undgibtdamitandassessichumeineIonenbindunghandeltGlobaleGleichung
AufgabeStellefuumlrfolgendeSalzedieglobaleGleichungfuumlrdieSyntheseausElementenaufErklaumlredannjeweilswelcheVorgaumlngeaufElektronenebeneablaufenFormulieredieglobaleGleichungneuindemdudieIonenformeldesSalzesangibstbullLithiumbromid
bullKaliumiodid
9
bullCalciumchlorid
bullNatriumoxid
bullAluminiumsulfid
bullMagnesiumfluorid
bullEisen(III)-oxid
10
bAufbauundEigenschaftenvonSalzen
PhysikalischeEigenschafteneinigerSalzeName Ionenformel
KationAnionSchmelzpunkt
(degC)Siedepunkt
(degC)Loumlslichkeitin
Wasser(gmiddotL-1)
Natriumchlorid Na+Cl- 801 1465 359
Magnesiumchlorid Mg2+(Cl-)2 708 1412 542
Aluminiumoxid (Al3+)2(O2-)3 2050 2980 unloumlslich
Kaliumnitrat K+NO3- 334 750 316
bull DieIonenbindungistdieBindungderSalzeDieseBindungbestehtausderelektrostatischenAnziehungskraftzwischenKationenundAnionenSalzesindausKationenundAnionenaufgebautdiesichgegenseitiganziehenundKristallebilden
bull WegendengroszligenAnziehungskraumlftenzwischenKationenundAnionenbesitzenSalzehoheSchmelz-undSiedetemperaturen
bull WeilSalzeausIonenaufgebautsindloumlsensiesichmeistensgutinWasseraufbull WeilwaumlsserigeLoumlsungenvonSalzenoderSchmelzenvonSalzenfreibeweglicheIonen(KationenundAnionen)enthaltenleitensiedenelektrischenStromsehrgut
bull SalzkristallesindhartundsproumldedurcheinenheftigenSchlagzersplitternsieinkleinereKristalle
HeftigerSchlagaufdieOberflaumlchedesSalzkristalles
VerschiebungdesGittersBildungvonstarkenAbstossungskraumlften
AbstossendergleichgeladenenTeilchen
derKristallzerspringt
cEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalz
bullEnergiediagrammBeichemischenReaktionenwerdendieBindungen indenEduktenaufgebrochendie freienAtomederEdukteverbindensichdannneuunterBildungderProdukte ImFallvonNatriumchloridsinddieEdukteNatrium(einmetallischglaumlnzenderFeststoff)undChlor(eingelb-gruumlnesGas)
Um aus festem Natrium freie Natriumatome und dann Natrium-Ionen zu erhalten sind zwei Schrittenotwendig- Na(s)rarrNa(g) E1=Sublimationsenergie=107kJmol
- Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=Ionisierungsenergie=502kJmolUmausgasfoumlrmigemChlorfreieChloratomeunddannChlorid-IonenzuerhaltensindauchzweiSchrittenotwendig- frac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=Spaltungsenergie=121kJmol
- Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=Ionisierungsenergie=-355kJmol
Die Ionen Na+ und Cl- lagern sich zusammen und bilden ein Ionengitter dabei wird ein groszligerEnergiebetragfreigesetzt-Na+(s)+Cl-(g)rarrNa+Cl-(s)E5=Gitterenergie=-788kJmol
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
4
eReaktionsarten
GibjeweilsdieGleichungfuumlrdieallgemeineReaktionsartanStelledanndieGleichungaufrichteeinundgibdieNamenderProdukteanbullVerbrennenvonMagnesium
bullSchwefelwirdverbrannt(inderVerbindungistSchwefel4-wertig)
bullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesium
bullReaktionvonNatriumoxidmitWasser
bullReaktionvonSalpetersaumluremitZink
bullReaktionvonDiphosphorpentaoxidmitWasser
bullReaktionvonWassermitCalciumoxid
bullSchwefelsaumlurereagiertmitNatronlauge
bullPhosphorsaumlurereagiertmitKalkwasser
5
fDasBohr-ModelldesAtomsunddieOktettregel
WelchestabileIonenkoumlnnenfolgendeAtomebildenErklaumlrejeweilsmitHilfedesBohr-ModellsundderLewis-Schreibweise
bullCalcium
bullSauerstoff
bullAluminium
6
GibjeweilsdieLewis-SchreibweiseunddenNamendesIons(sowieKationoderAnion)anwelchesausfolgendenAtomengebildetwerdenkannbullNatrium
bullChlor
bullSchwefel
bullMagnesium
bullAluminium
bullSilber
bullBlei
bullGold(III)
bullEisen(II)
7
2DieIonenbindungBildungvonSalzen
MetallebildenKationendurchAbgabevonElektronen tundiesabernur fallsaucheinReaktonspartnervorhandenistderdieseElektronenaufnehmenkannumAnionenzubilden
aBildungvonKochsalzNatriumchloridEintypischesBeispielistdieBildungvonKochsalzausNatriumundChlorgas
2Na + Cl2 rarr 2NaClweichesMetall
starkaumltzendgelbgruumlnesGas
giftigweiszligerFeststoff
Kochsalz
Natrium ist ein Metall und ein Natriumatom gibt seinAuszligenelektron dann ab falls ein NichtmetallatomdiesesElektronaufnehmenkannChloristeinnichtNichtmetallundeinChloratommoumlchtedasAuszligenelektrondesNatriumsaufnehmenumenergetischstabilerzuwerden
MitHilfedesSchalenmodellskannmandiesveranschaulichen
Elektronenuumlbergang
Natrium-AtomElektronen-
abgabe
Chlor-AtomElektronen-aufnahme
Natrium-IonEkvonNe
Chlorid-IonEkvonAr
DadasZeichnendesSchalenmodellslangwierigistbenutztmandiekompaktereLewis-SchreibweiseumeineInterpretationaufElektronenebenezugeben
Elektronenabgabe+
Elektronenaufnahme
Elektronenaustausch
ElektronenabgabeEinNatrium-AtomgibteinElektronabunderreichtdamitdieElektronenkonfiguration(Ek)vonNeonmanerhaumllteinNatrium-IonNa+(Kation)ElektronenaufnahmeEinChlor-AtomnimmteinElektronaufunderreichtdamitdieEkvonArgonmanerhaumllteinChlorid-IonCl-(Anion)ElektronenaustauschDasElektronwelchesNatriumabgibtwirdvomChlor-Atomaufgenommen
Die positiv geladenen Natrium-Ionen und die negativ geladenen Chlorid-Ionen ziehen sich durchdieelektrostatischeAnziehungskraftgegenseitigan(Ionenbindung)undbildeneineFormeleinheit
eineFormeleinheit
8
DieseFormeleinheitwirdindendreiRichtungendesRaumeswiederholtmanerhaumllteinIonengitter
2DDarstellung
3DDarstellungKationenundAnionenziehensichgegenseitigansieberuumlhrensichAnionensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntKationensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntDiechemischeFormelreduziertsichaufdieFormeleinheit(Na+Cl-)
FreieChloratome existierennichtinderNaturWaumlhrendderReaktionwerdenjedochfreieCl-AtomedurchdiehomolytischeTrennungderCl-Cl-Bindunggebildet
BeimUumlbergangvonderElektronenaustauschgleichungzurnormalenchemischenGleichungmussmandaherdiefreienCl-AtomedurchCl2-Molekuumlleersetzen
Elektronenaustausch |middot2
Man erhaumllt die bekannte globale Gleichung mit einer wichtigen zusaumltzlichen Information anstatt NaClschreibtmanNa+Cl-undgibtdamitandassessichumeineIonenbindunghandeltGlobaleGleichung
AufgabeStellefuumlrfolgendeSalzedieglobaleGleichungfuumlrdieSyntheseausElementenaufErklaumlredannjeweilswelcheVorgaumlngeaufElektronenebeneablaufenFormulieredieglobaleGleichungneuindemdudieIonenformeldesSalzesangibstbullLithiumbromid
bullKaliumiodid
9
bullCalciumchlorid
bullNatriumoxid
bullAluminiumsulfid
bullMagnesiumfluorid
bullEisen(III)-oxid
10
bAufbauundEigenschaftenvonSalzen
PhysikalischeEigenschafteneinigerSalzeName Ionenformel
KationAnionSchmelzpunkt
(degC)Siedepunkt
(degC)Loumlslichkeitin
Wasser(gmiddotL-1)
Natriumchlorid Na+Cl- 801 1465 359
Magnesiumchlorid Mg2+(Cl-)2 708 1412 542
Aluminiumoxid (Al3+)2(O2-)3 2050 2980 unloumlslich
Kaliumnitrat K+NO3- 334 750 316
bull DieIonenbindungistdieBindungderSalzeDieseBindungbestehtausderelektrostatischenAnziehungskraftzwischenKationenundAnionenSalzesindausKationenundAnionenaufgebautdiesichgegenseitiganziehenundKristallebilden
bull WegendengroszligenAnziehungskraumlftenzwischenKationenundAnionenbesitzenSalzehoheSchmelz-undSiedetemperaturen
bull WeilSalzeausIonenaufgebautsindloumlsensiesichmeistensgutinWasseraufbull WeilwaumlsserigeLoumlsungenvonSalzenoderSchmelzenvonSalzenfreibeweglicheIonen(KationenundAnionen)enthaltenleitensiedenelektrischenStromsehrgut
bull SalzkristallesindhartundsproumldedurcheinenheftigenSchlagzersplitternsieinkleinereKristalle
HeftigerSchlagaufdieOberflaumlchedesSalzkristalles
VerschiebungdesGittersBildungvonstarkenAbstossungskraumlften
AbstossendergleichgeladenenTeilchen
derKristallzerspringt
cEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalz
bullEnergiediagrammBeichemischenReaktionenwerdendieBindungen indenEduktenaufgebrochendie freienAtomederEdukteverbindensichdannneuunterBildungderProdukte ImFallvonNatriumchloridsinddieEdukteNatrium(einmetallischglaumlnzenderFeststoff)undChlor(eingelb-gruumlnesGas)
Um aus festem Natrium freie Natriumatome und dann Natrium-Ionen zu erhalten sind zwei Schrittenotwendig- Na(s)rarrNa(g) E1=Sublimationsenergie=107kJmol
- Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=Ionisierungsenergie=502kJmolUmausgasfoumlrmigemChlorfreieChloratomeunddannChlorid-IonenzuerhaltensindauchzweiSchrittenotwendig- frac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=Spaltungsenergie=121kJmol
- Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=Ionisierungsenergie=-355kJmol
Die Ionen Na+ und Cl- lagern sich zusammen und bilden ein Ionengitter dabei wird ein groszligerEnergiebetragfreigesetzt-Na+(s)+Cl-(g)rarrNa+Cl-(s)E5=Gitterenergie=-788kJmol
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
5
fDasBohr-ModelldesAtomsunddieOktettregel
WelchestabileIonenkoumlnnenfolgendeAtomebildenErklaumlrejeweilsmitHilfedesBohr-ModellsundderLewis-Schreibweise
bullCalcium
bullSauerstoff
bullAluminium
6
GibjeweilsdieLewis-SchreibweiseunddenNamendesIons(sowieKationoderAnion)anwelchesausfolgendenAtomengebildetwerdenkannbullNatrium
bullChlor
bullSchwefel
bullMagnesium
bullAluminium
bullSilber
bullBlei
bullGold(III)
bullEisen(II)
7
2DieIonenbindungBildungvonSalzen
MetallebildenKationendurchAbgabevonElektronen tundiesabernur fallsaucheinReaktonspartnervorhandenistderdieseElektronenaufnehmenkannumAnionenzubilden
aBildungvonKochsalzNatriumchloridEintypischesBeispielistdieBildungvonKochsalzausNatriumundChlorgas
2Na + Cl2 rarr 2NaClweichesMetall
starkaumltzendgelbgruumlnesGas
giftigweiszligerFeststoff
Kochsalz
Natrium ist ein Metall und ein Natriumatom gibt seinAuszligenelektron dann ab falls ein NichtmetallatomdiesesElektronaufnehmenkannChloristeinnichtNichtmetallundeinChloratommoumlchtedasAuszligenelektrondesNatriumsaufnehmenumenergetischstabilerzuwerden
MitHilfedesSchalenmodellskannmandiesveranschaulichen
Elektronenuumlbergang
Natrium-AtomElektronen-
abgabe
Chlor-AtomElektronen-aufnahme
Natrium-IonEkvonNe
Chlorid-IonEkvonAr
DadasZeichnendesSchalenmodellslangwierigistbenutztmandiekompaktereLewis-SchreibweiseumeineInterpretationaufElektronenebenezugeben
Elektronenabgabe+
Elektronenaufnahme
Elektronenaustausch
ElektronenabgabeEinNatrium-AtomgibteinElektronabunderreichtdamitdieElektronenkonfiguration(Ek)vonNeonmanerhaumllteinNatrium-IonNa+(Kation)ElektronenaufnahmeEinChlor-AtomnimmteinElektronaufunderreichtdamitdieEkvonArgonmanerhaumllteinChlorid-IonCl-(Anion)ElektronenaustauschDasElektronwelchesNatriumabgibtwirdvomChlor-Atomaufgenommen
Die positiv geladenen Natrium-Ionen und die negativ geladenen Chlorid-Ionen ziehen sich durchdieelektrostatischeAnziehungskraftgegenseitigan(Ionenbindung)undbildeneineFormeleinheit
eineFormeleinheit
8
DieseFormeleinheitwirdindendreiRichtungendesRaumeswiederholtmanerhaumllteinIonengitter
2DDarstellung
3DDarstellungKationenundAnionenziehensichgegenseitigansieberuumlhrensichAnionensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntKationensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntDiechemischeFormelreduziertsichaufdieFormeleinheit(Na+Cl-)
FreieChloratome existierennichtinderNaturWaumlhrendderReaktionwerdenjedochfreieCl-AtomedurchdiehomolytischeTrennungderCl-Cl-Bindunggebildet
BeimUumlbergangvonderElektronenaustauschgleichungzurnormalenchemischenGleichungmussmandaherdiefreienCl-AtomedurchCl2-Molekuumlleersetzen
Elektronenaustausch |middot2
Man erhaumllt die bekannte globale Gleichung mit einer wichtigen zusaumltzlichen Information anstatt NaClschreibtmanNa+Cl-undgibtdamitandassessichumeineIonenbindunghandeltGlobaleGleichung
AufgabeStellefuumlrfolgendeSalzedieglobaleGleichungfuumlrdieSyntheseausElementenaufErklaumlredannjeweilswelcheVorgaumlngeaufElektronenebeneablaufenFormulieredieglobaleGleichungneuindemdudieIonenformeldesSalzesangibstbullLithiumbromid
bullKaliumiodid
9
bullCalciumchlorid
bullNatriumoxid
bullAluminiumsulfid
bullMagnesiumfluorid
bullEisen(III)-oxid
10
bAufbauundEigenschaftenvonSalzen
PhysikalischeEigenschafteneinigerSalzeName Ionenformel
KationAnionSchmelzpunkt
(degC)Siedepunkt
(degC)Loumlslichkeitin
Wasser(gmiddotL-1)
Natriumchlorid Na+Cl- 801 1465 359
Magnesiumchlorid Mg2+(Cl-)2 708 1412 542
Aluminiumoxid (Al3+)2(O2-)3 2050 2980 unloumlslich
Kaliumnitrat K+NO3- 334 750 316
bull DieIonenbindungistdieBindungderSalzeDieseBindungbestehtausderelektrostatischenAnziehungskraftzwischenKationenundAnionenSalzesindausKationenundAnionenaufgebautdiesichgegenseitiganziehenundKristallebilden
bull WegendengroszligenAnziehungskraumlftenzwischenKationenundAnionenbesitzenSalzehoheSchmelz-undSiedetemperaturen
bull WeilSalzeausIonenaufgebautsindloumlsensiesichmeistensgutinWasseraufbull WeilwaumlsserigeLoumlsungenvonSalzenoderSchmelzenvonSalzenfreibeweglicheIonen(KationenundAnionen)enthaltenleitensiedenelektrischenStromsehrgut
bull SalzkristallesindhartundsproumldedurcheinenheftigenSchlagzersplitternsieinkleinereKristalle
HeftigerSchlagaufdieOberflaumlchedesSalzkristalles
VerschiebungdesGittersBildungvonstarkenAbstossungskraumlften
AbstossendergleichgeladenenTeilchen
derKristallzerspringt
cEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalz
bullEnergiediagrammBeichemischenReaktionenwerdendieBindungen indenEduktenaufgebrochendie freienAtomederEdukteverbindensichdannneuunterBildungderProdukte ImFallvonNatriumchloridsinddieEdukteNatrium(einmetallischglaumlnzenderFeststoff)undChlor(eingelb-gruumlnesGas)
Um aus festem Natrium freie Natriumatome und dann Natrium-Ionen zu erhalten sind zwei Schrittenotwendig- Na(s)rarrNa(g) E1=Sublimationsenergie=107kJmol
- Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=Ionisierungsenergie=502kJmolUmausgasfoumlrmigemChlorfreieChloratomeunddannChlorid-IonenzuerhaltensindauchzweiSchrittenotwendig- frac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=Spaltungsenergie=121kJmol
- Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=Ionisierungsenergie=-355kJmol
Die Ionen Na+ und Cl- lagern sich zusammen und bilden ein Ionengitter dabei wird ein groszligerEnergiebetragfreigesetzt-Na+(s)+Cl-(g)rarrNa+Cl-(s)E5=Gitterenergie=-788kJmol
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
6
GibjeweilsdieLewis-SchreibweiseunddenNamendesIons(sowieKationoderAnion)anwelchesausfolgendenAtomengebildetwerdenkannbullNatrium
bullChlor
bullSchwefel
bullMagnesium
bullAluminium
bullSilber
bullBlei
bullGold(III)
bullEisen(II)
7
2DieIonenbindungBildungvonSalzen
MetallebildenKationendurchAbgabevonElektronen tundiesabernur fallsaucheinReaktonspartnervorhandenistderdieseElektronenaufnehmenkannumAnionenzubilden
aBildungvonKochsalzNatriumchloridEintypischesBeispielistdieBildungvonKochsalzausNatriumundChlorgas
2Na + Cl2 rarr 2NaClweichesMetall
starkaumltzendgelbgruumlnesGas
giftigweiszligerFeststoff
Kochsalz
Natrium ist ein Metall und ein Natriumatom gibt seinAuszligenelektron dann ab falls ein NichtmetallatomdiesesElektronaufnehmenkannChloristeinnichtNichtmetallundeinChloratommoumlchtedasAuszligenelektrondesNatriumsaufnehmenumenergetischstabilerzuwerden
MitHilfedesSchalenmodellskannmandiesveranschaulichen
Elektronenuumlbergang
Natrium-AtomElektronen-
abgabe
Chlor-AtomElektronen-aufnahme
Natrium-IonEkvonNe
Chlorid-IonEkvonAr
DadasZeichnendesSchalenmodellslangwierigistbenutztmandiekompaktereLewis-SchreibweiseumeineInterpretationaufElektronenebenezugeben
Elektronenabgabe+
Elektronenaufnahme
Elektronenaustausch
ElektronenabgabeEinNatrium-AtomgibteinElektronabunderreichtdamitdieElektronenkonfiguration(Ek)vonNeonmanerhaumllteinNatrium-IonNa+(Kation)ElektronenaufnahmeEinChlor-AtomnimmteinElektronaufunderreichtdamitdieEkvonArgonmanerhaumllteinChlorid-IonCl-(Anion)ElektronenaustauschDasElektronwelchesNatriumabgibtwirdvomChlor-Atomaufgenommen
Die positiv geladenen Natrium-Ionen und die negativ geladenen Chlorid-Ionen ziehen sich durchdieelektrostatischeAnziehungskraftgegenseitigan(Ionenbindung)undbildeneineFormeleinheit
eineFormeleinheit
8
DieseFormeleinheitwirdindendreiRichtungendesRaumeswiederholtmanerhaumllteinIonengitter
2DDarstellung
3DDarstellungKationenundAnionenziehensichgegenseitigansieberuumlhrensichAnionensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntKationensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntDiechemischeFormelreduziertsichaufdieFormeleinheit(Na+Cl-)
FreieChloratome existierennichtinderNaturWaumlhrendderReaktionwerdenjedochfreieCl-AtomedurchdiehomolytischeTrennungderCl-Cl-Bindunggebildet
BeimUumlbergangvonderElektronenaustauschgleichungzurnormalenchemischenGleichungmussmandaherdiefreienCl-AtomedurchCl2-Molekuumlleersetzen
Elektronenaustausch |middot2
Man erhaumllt die bekannte globale Gleichung mit einer wichtigen zusaumltzlichen Information anstatt NaClschreibtmanNa+Cl-undgibtdamitandassessichumeineIonenbindunghandeltGlobaleGleichung
AufgabeStellefuumlrfolgendeSalzedieglobaleGleichungfuumlrdieSyntheseausElementenaufErklaumlredannjeweilswelcheVorgaumlngeaufElektronenebeneablaufenFormulieredieglobaleGleichungneuindemdudieIonenformeldesSalzesangibstbullLithiumbromid
bullKaliumiodid
9
bullCalciumchlorid
bullNatriumoxid
bullAluminiumsulfid
bullMagnesiumfluorid
bullEisen(III)-oxid
10
bAufbauundEigenschaftenvonSalzen
PhysikalischeEigenschafteneinigerSalzeName Ionenformel
KationAnionSchmelzpunkt
(degC)Siedepunkt
(degC)Loumlslichkeitin
Wasser(gmiddotL-1)
Natriumchlorid Na+Cl- 801 1465 359
Magnesiumchlorid Mg2+(Cl-)2 708 1412 542
Aluminiumoxid (Al3+)2(O2-)3 2050 2980 unloumlslich
Kaliumnitrat K+NO3- 334 750 316
bull DieIonenbindungistdieBindungderSalzeDieseBindungbestehtausderelektrostatischenAnziehungskraftzwischenKationenundAnionenSalzesindausKationenundAnionenaufgebautdiesichgegenseitiganziehenundKristallebilden
bull WegendengroszligenAnziehungskraumlftenzwischenKationenundAnionenbesitzenSalzehoheSchmelz-undSiedetemperaturen
bull WeilSalzeausIonenaufgebautsindloumlsensiesichmeistensgutinWasseraufbull WeilwaumlsserigeLoumlsungenvonSalzenoderSchmelzenvonSalzenfreibeweglicheIonen(KationenundAnionen)enthaltenleitensiedenelektrischenStromsehrgut
bull SalzkristallesindhartundsproumldedurcheinenheftigenSchlagzersplitternsieinkleinereKristalle
HeftigerSchlagaufdieOberflaumlchedesSalzkristalles
VerschiebungdesGittersBildungvonstarkenAbstossungskraumlften
AbstossendergleichgeladenenTeilchen
derKristallzerspringt
cEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalz
bullEnergiediagrammBeichemischenReaktionenwerdendieBindungen indenEduktenaufgebrochendie freienAtomederEdukteverbindensichdannneuunterBildungderProdukte ImFallvonNatriumchloridsinddieEdukteNatrium(einmetallischglaumlnzenderFeststoff)undChlor(eingelb-gruumlnesGas)
Um aus festem Natrium freie Natriumatome und dann Natrium-Ionen zu erhalten sind zwei Schrittenotwendig- Na(s)rarrNa(g) E1=Sublimationsenergie=107kJmol
- Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=Ionisierungsenergie=502kJmolUmausgasfoumlrmigemChlorfreieChloratomeunddannChlorid-IonenzuerhaltensindauchzweiSchrittenotwendig- frac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=Spaltungsenergie=121kJmol
- Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=Ionisierungsenergie=-355kJmol
Die Ionen Na+ und Cl- lagern sich zusammen und bilden ein Ionengitter dabei wird ein groszligerEnergiebetragfreigesetzt-Na+(s)+Cl-(g)rarrNa+Cl-(s)E5=Gitterenergie=-788kJmol
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
7
2DieIonenbindungBildungvonSalzen
MetallebildenKationendurchAbgabevonElektronen tundiesabernur fallsaucheinReaktonspartnervorhandenistderdieseElektronenaufnehmenkannumAnionenzubilden
aBildungvonKochsalzNatriumchloridEintypischesBeispielistdieBildungvonKochsalzausNatriumundChlorgas
2Na + Cl2 rarr 2NaClweichesMetall
starkaumltzendgelbgruumlnesGas
giftigweiszligerFeststoff
Kochsalz
Natrium ist ein Metall und ein Natriumatom gibt seinAuszligenelektron dann ab falls ein NichtmetallatomdiesesElektronaufnehmenkannChloristeinnichtNichtmetallundeinChloratommoumlchtedasAuszligenelektrondesNatriumsaufnehmenumenergetischstabilerzuwerden
MitHilfedesSchalenmodellskannmandiesveranschaulichen
Elektronenuumlbergang
Natrium-AtomElektronen-
abgabe
Chlor-AtomElektronen-aufnahme
Natrium-IonEkvonNe
Chlorid-IonEkvonAr
DadasZeichnendesSchalenmodellslangwierigistbenutztmandiekompaktereLewis-SchreibweiseumeineInterpretationaufElektronenebenezugeben
Elektronenabgabe+
Elektronenaufnahme
Elektronenaustausch
ElektronenabgabeEinNatrium-AtomgibteinElektronabunderreichtdamitdieElektronenkonfiguration(Ek)vonNeonmanerhaumllteinNatrium-IonNa+(Kation)ElektronenaufnahmeEinChlor-AtomnimmteinElektronaufunderreichtdamitdieEkvonArgonmanerhaumllteinChlorid-IonCl-(Anion)ElektronenaustauschDasElektronwelchesNatriumabgibtwirdvomChlor-Atomaufgenommen
Die positiv geladenen Natrium-Ionen und die negativ geladenen Chlorid-Ionen ziehen sich durchdieelektrostatischeAnziehungskraftgegenseitigan(Ionenbindung)undbildeneineFormeleinheit
eineFormeleinheit
8
DieseFormeleinheitwirdindendreiRichtungendesRaumeswiederholtmanerhaumllteinIonengitter
2DDarstellung
3DDarstellungKationenundAnionenziehensichgegenseitigansieberuumlhrensichAnionensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntKationensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntDiechemischeFormelreduziertsichaufdieFormeleinheit(Na+Cl-)
FreieChloratome existierennichtinderNaturWaumlhrendderReaktionwerdenjedochfreieCl-AtomedurchdiehomolytischeTrennungderCl-Cl-Bindunggebildet
BeimUumlbergangvonderElektronenaustauschgleichungzurnormalenchemischenGleichungmussmandaherdiefreienCl-AtomedurchCl2-Molekuumlleersetzen
Elektronenaustausch |middot2
Man erhaumllt die bekannte globale Gleichung mit einer wichtigen zusaumltzlichen Information anstatt NaClschreibtmanNa+Cl-undgibtdamitandassessichumeineIonenbindunghandeltGlobaleGleichung
AufgabeStellefuumlrfolgendeSalzedieglobaleGleichungfuumlrdieSyntheseausElementenaufErklaumlredannjeweilswelcheVorgaumlngeaufElektronenebeneablaufenFormulieredieglobaleGleichungneuindemdudieIonenformeldesSalzesangibstbullLithiumbromid
bullKaliumiodid
9
bullCalciumchlorid
bullNatriumoxid
bullAluminiumsulfid
bullMagnesiumfluorid
bullEisen(III)-oxid
10
bAufbauundEigenschaftenvonSalzen
PhysikalischeEigenschafteneinigerSalzeName Ionenformel
KationAnionSchmelzpunkt
(degC)Siedepunkt
(degC)Loumlslichkeitin
Wasser(gmiddotL-1)
Natriumchlorid Na+Cl- 801 1465 359
Magnesiumchlorid Mg2+(Cl-)2 708 1412 542
Aluminiumoxid (Al3+)2(O2-)3 2050 2980 unloumlslich
Kaliumnitrat K+NO3- 334 750 316
bull DieIonenbindungistdieBindungderSalzeDieseBindungbestehtausderelektrostatischenAnziehungskraftzwischenKationenundAnionenSalzesindausKationenundAnionenaufgebautdiesichgegenseitiganziehenundKristallebilden
bull WegendengroszligenAnziehungskraumlftenzwischenKationenundAnionenbesitzenSalzehoheSchmelz-undSiedetemperaturen
bull WeilSalzeausIonenaufgebautsindloumlsensiesichmeistensgutinWasseraufbull WeilwaumlsserigeLoumlsungenvonSalzenoderSchmelzenvonSalzenfreibeweglicheIonen(KationenundAnionen)enthaltenleitensiedenelektrischenStromsehrgut
bull SalzkristallesindhartundsproumldedurcheinenheftigenSchlagzersplitternsieinkleinereKristalle
HeftigerSchlagaufdieOberflaumlchedesSalzkristalles
VerschiebungdesGittersBildungvonstarkenAbstossungskraumlften
AbstossendergleichgeladenenTeilchen
derKristallzerspringt
cEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalz
bullEnergiediagrammBeichemischenReaktionenwerdendieBindungen indenEduktenaufgebrochendie freienAtomederEdukteverbindensichdannneuunterBildungderProdukte ImFallvonNatriumchloridsinddieEdukteNatrium(einmetallischglaumlnzenderFeststoff)undChlor(eingelb-gruumlnesGas)
Um aus festem Natrium freie Natriumatome und dann Natrium-Ionen zu erhalten sind zwei Schrittenotwendig- Na(s)rarrNa(g) E1=Sublimationsenergie=107kJmol
- Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=Ionisierungsenergie=502kJmolUmausgasfoumlrmigemChlorfreieChloratomeunddannChlorid-IonenzuerhaltensindauchzweiSchrittenotwendig- frac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=Spaltungsenergie=121kJmol
- Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=Ionisierungsenergie=-355kJmol
Die Ionen Na+ und Cl- lagern sich zusammen und bilden ein Ionengitter dabei wird ein groszligerEnergiebetragfreigesetzt-Na+(s)+Cl-(g)rarrNa+Cl-(s)E5=Gitterenergie=-788kJmol
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
8
DieseFormeleinheitwirdindendreiRichtungendesRaumeswiederholtmanerhaumllteinIonengitter
2DDarstellung
3DDarstellungKationenundAnionenziehensichgegenseitigansieberuumlhrensichAnionensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntKationensindsoweitwiemoumlglichvoneinanderentferntDiechemischeFormelreduziertsichaufdieFormeleinheit(Na+Cl-)
FreieChloratome existierennichtinderNaturWaumlhrendderReaktionwerdenjedochfreieCl-AtomedurchdiehomolytischeTrennungderCl-Cl-Bindunggebildet
BeimUumlbergangvonderElektronenaustauschgleichungzurnormalenchemischenGleichungmussmandaherdiefreienCl-AtomedurchCl2-Molekuumlleersetzen
Elektronenaustausch |middot2
Man erhaumllt die bekannte globale Gleichung mit einer wichtigen zusaumltzlichen Information anstatt NaClschreibtmanNa+Cl-undgibtdamitandassessichumeineIonenbindunghandeltGlobaleGleichung
AufgabeStellefuumlrfolgendeSalzedieglobaleGleichungfuumlrdieSyntheseausElementenaufErklaumlredannjeweilswelcheVorgaumlngeaufElektronenebeneablaufenFormulieredieglobaleGleichungneuindemdudieIonenformeldesSalzesangibstbullLithiumbromid
bullKaliumiodid
9
bullCalciumchlorid
bullNatriumoxid
bullAluminiumsulfid
bullMagnesiumfluorid
bullEisen(III)-oxid
10
bAufbauundEigenschaftenvonSalzen
PhysikalischeEigenschafteneinigerSalzeName Ionenformel
KationAnionSchmelzpunkt
(degC)Siedepunkt
(degC)Loumlslichkeitin
Wasser(gmiddotL-1)
Natriumchlorid Na+Cl- 801 1465 359
Magnesiumchlorid Mg2+(Cl-)2 708 1412 542
Aluminiumoxid (Al3+)2(O2-)3 2050 2980 unloumlslich
Kaliumnitrat K+NO3- 334 750 316
bull DieIonenbindungistdieBindungderSalzeDieseBindungbestehtausderelektrostatischenAnziehungskraftzwischenKationenundAnionenSalzesindausKationenundAnionenaufgebautdiesichgegenseitiganziehenundKristallebilden
bull WegendengroszligenAnziehungskraumlftenzwischenKationenundAnionenbesitzenSalzehoheSchmelz-undSiedetemperaturen
bull WeilSalzeausIonenaufgebautsindloumlsensiesichmeistensgutinWasseraufbull WeilwaumlsserigeLoumlsungenvonSalzenoderSchmelzenvonSalzenfreibeweglicheIonen(KationenundAnionen)enthaltenleitensiedenelektrischenStromsehrgut
bull SalzkristallesindhartundsproumldedurcheinenheftigenSchlagzersplitternsieinkleinereKristalle
HeftigerSchlagaufdieOberflaumlchedesSalzkristalles
VerschiebungdesGittersBildungvonstarkenAbstossungskraumlften
AbstossendergleichgeladenenTeilchen
derKristallzerspringt
cEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalz
bullEnergiediagrammBeichemischenReaktionenwerdendieBindungen indenEduktenaufgebrochendie freienAtomederEdukteverbindensichdannneuunterBildungderProdukte ImFallvonNatriumchloridsinddieEdukteNatrium(einmetallischglaumlnzenderFeststoff)undChlor(eingelb-gruumlnesGas)
Um aus festem Natrium freie Natriumatome und dann Natrium-Ionen zu erhalten sind zwei Schrittenotwendig- Na(s)rarrNa(g) E1=Sublimationsenergie=107kJmol
- Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=Ionisierungsenergie=502kJmolUmausgasfoumlrmigemChlorfreieChloratomeunddannChlorid-IonenzuerhaltensindauchzweiSchrittenotwendig- frac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=Spaltungsenergie=121kJmol
- Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=Ionisierungsenergie=-355kJmol
Die Ionen Na+ und Cl- lagern sich zusammen und bilden ein Ionengitter dabei wird ein groszligerEnergiebetragfreigesetzt-Na+(s)+Cl-(g)rarrNa+Cl-(s)E5=Gitterenergie=-788kJmol
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
9
bullCalciumchlorid
bullNatriumoxid
bullAluminiumsulfid
bullMagnesiumfluorid
bullEisen(III)-oxid
10
bAufbauundEigenschaftenvonSalzen
PhysikalischeEigenschafteneinigerSalzeName Ionenformel
KationAnionSchmelzpunkt
(degC)Siedepunkt
(degC)Loumlslichkeitin
Wasser(gmiddotL-1)
Natriumchlorid Na+Cl- 801 1465 359
Magnesiumchlorid Mg2+(Cl-)2 708 1412 542
Aluminiumoxid (Al3+)2(O2-)3 2050 2980 unloumlslich
Kaliumnitrat K+NO3- 334 750 316
bull DieIonenbindungistdieBindungderSalzeDieseBindungbestehtausderelektrostatischenAnziehungskraftzwischenKationenundAnionenSalzesindausKationenundAnionenaufgebautdiesichgegenseitiganziehenundKristallebilden
bull WegendengroszligenAnziehungskraumlftenzwischenKationenundAnionenbesitzenSalzehoheSchmelz-undSiedetemperaturen
bull WeilSalzeausIonenaufgebautsindloumlsensiesichmeistensgutinWasseraufbull WeilwaumlsserigeLoumlsungenvonSalzenoderSchmelzenvonSalzenfreibeweglicheIonen(KationenundAnionen)enthaltenleitensiedenelektrischenStromsehrgut
bull SalzkristallesindhartundsproumldedurcheinenheftigenSchlagzersplitternsieinkleinereKristalle
HeftigerSchlagaufdieOberflaumlchedesSalzkristalles
VerschiebungdesGittersBildungvonstarkenAbstossungskraumlften
AbstossendergleichgeladenenTeilchen
derKristallzerspringt
cEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalz
bullEnergiediagrammBeichemischenReaktionenwerdendieBindungen indenEduktenaufgebrochendie freienAtomederEdukteverbindensichdannneuunterBildungderProdukte ImFallvonNatriumchloridsinddieEdukteNatrium(einmetallischglaumlnzenderFeststoff)undChlor(eingelb-gruumlnesGas)
Um aus festem Natrium freie Natriumatome und dann Natrium-Ionen zu erhalten sind zwei Schrittenotwendig- Na(s)rarrNa(g) E1=Sublimationsenergie=107kJmol
- Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=Ionisierungsenergie=502kJmolUmausgasfoumlrmigemChlorfreieChloratomeunddannChlorid-IonenzuerhaltensindauchzweiSchrittenotwendig- frac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=Spaltungsenergie=121kJmol
- Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=Ionisierungsenergie=-355kJmol
Die Ionen Na+ und Cl- lagern sich zusammen und bilden ein Ionengitter dabei wird ein groszligerEnergiebetragfreigesetzt-Na+(s)+Cl-(g)rarrNa+Cl-(s)E5=Gitterenergie=-788kJmol
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
10
bAufbauundEigenschaftenvonSalzen
PhysikalischeEigenschafteneinigerSalzeName Ionenformel
KationAnionSchmelzpunkt
(degC)Siedepunkt
(degC)Loumlslichkeitin
Wasser(gmiddotL-1)
Natriumchlorid Na+Cl- 801 1465 359
Magnesiumchlorid Mg2+(Cl-)2 708 1412 542
Aluminiumoxid (Al3+)2(O2-)3 2050 2980 unloumlslich
Kaliumnitrat K+NO3- 334 750 316
bull DieIonenbindungistdieBindungderSalzeDieseBindungbestehtausderelektrostatischenAnziehungskraftzwischenKationenundAnionenSalzesindausKationenundAnionenaufgebautdiesichgegenseitiganziehenundKristallebilden
bull WegendengroszligenAnziehungskraumlftenzwischenKationenundAnionenbesitzenSalzehoheSchmelz-undSiedetemperaturen
bull WeilSalzeausIonenaufgebautsindloumlsensiesichmeistensgutinWasseraufbull WeilwaumlsserigeLoumlsungenvonSalzenoderSchmelzenvonSalzenfreibeweglicheIonen(KationenundAnionen)enthaltenleitensiedenelektrischenStromsehrgut
bull SalzkristallesindhartundsproumldedurcheinenheftigenSchlagzersplitternsieinkleinereKristalle
HeftigerSchlagaufdieOberflaumlchedesSalzkristalles
VerschiebungdesGittersBildungvonstarkenAbstossungskraumlften
AbstossendergleichgeladenenTeilchen
derKristallzerspringt
cEnergetischeBetrachtungenzurSalzbildungamBeispielvonKochsalz
bullEnergiediagrammBeichemischenReaktionenwerdendieBindungen indenEduktenaufgebrochendie freienAtomederEdukteverbindensichdannneuunterBildungderProdukte ImFallvonNatriumchloridsinddieEdukteNatrium(einmetallischglaumlnzenderFeststoff)undChlor(eingelb-gruumlnesGas)
Um aus festem Natrium freie Natriumatome und dann Natrium-Ionen zu erhalten sind zwei Schrittenotwendig- Na(s)rarrNa(g) E1=Sublimationsenergie=107kJmol
- Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=Ionisierungsenergie=502kJmolUmausgasfoumlrmigemChlorfreieChloratomeunddannChlorid-IonenzuerhaltensindauchzweiSchrittenotwendig- frac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=Spaltungsenergie=121kJmol
- Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=Ionisierungsenergie=-355kJmol
Die Ionen Na+ und Cl- lagern sich zusammen und bilden ein Ionengitter dabei wird ein groszligerEnergiebetragfreigesetzt-Na+(s)+Cl-(g)rarrNa+Cl-(s)E5=Gitterenergie=-788kJmol
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
11
EinEnergiediagrammverdeutlichtdieVorgaumlnge
Blaue Energiewerte (E1 E2 undE3) stellen endothermeReaktionendaresmussEnergiegeliefertwerdenRote Energiewerte (E4 E5 und dieReaktionsenergie)stellen exotherme Reaktionen dar es wird Energiefreigesetzt
Na(s)rarrNa(g) E1=107kJmol
Na(g)rarrNa+(g)+e- E2=502kJmolfrac12Cl2(g)rarrCl(g) E3=121kJmol
Cl(g)+e-rarrCl-(g) E4=-355kJmol
Na++Cl-rarrNa+Cl- E5=-788kJmol
Na(s)+frac12Cl2(g)rarrNa+Cl-(s) Q=kJmolDieReaktionsenergie Q berechnet sich aus der SummederEnergienE1bisE5Q =E1+E2+E3+E4+E5
=107+502+121-355-788=-413kJmol
Die Bildung von Kochsalz aus Elementen ist global ein exothermer Vorgang weil die Bildung desIonengittersdiehoheGitterenergiefreisetztDiefreiwerdendeGitterenergieistdietreibendeKraftbeiderBildungvonKochsalzDasErreichenderEdelgaskonfigurationgenuumlgtnichtumeineexothermeReaktionzuerhaltenDieGitterenergieistauchderEnergiebetragdenmaneinsetzenmussumdieAnziehungskraumlftezwischendenIonenzuuumlberwinden
bullSalzeigenschaftenundGitterenergie
(i)Ionenradien(inÅ1Å=10-10m)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel RadiusKation RadiusAnion Gitterenergie
Na+Cl- 095 181 788
Li+F- 060 136 1039
Ca2+(Cl-)2 097 181 2259
Mg2+O2- 065 145 3933
(Al3+)2(O2-)3 050 145 15195
DieGitterenergiewirddurchdieIonenladungunddenIonenradiusbestimmt- NaClundLiFsindnurauseinwertigenIonenaufgebautLi+hateinenkleinerenRadiusalsNa+die
LadungsdichteimLi+-IonistgroumlszligeralsimNa+-IonAumlhnlichesgiltfuumlrdieAnionenF-hatabereinenkleinerenRadiusalsCl-dieLadungsdichteimF--IonistgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenLi+-IonenundF--IonenistgroumlszligeralszwischenNa+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonLithiumfluoridistdeshalbgroumlszligeralsdievonNatriumchlorid
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
12
- AumlhnlichesgiltfuumlrCaCl2undMgOMg2+hateinenkleinerenRadiusalsCa2+dieLadungsdichteimMg2+-IonistgroumlszligeralsimCa2+-IonO2-hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsCl-dieLadungsdichteimO2--IonistwesentlichgroumlszligeralsimCl--IonDieAnziehungsraumlftezwischenMg2+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenCa2+-IonenundCl--IonenDieGitterenergievonMagnesiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonCalciumchlorid
- FuumlrAluminiumoxidundMagnesiumoxidunterscheidensichnurdieKationenAl3+hateinenkleinerenRadiusundeinehoumlhereLadungalsMg2+dieLadungsdichteimAl3+-IonistwesentlichgroumlszligeralsimMg2+-IonDieAnziehungsraumlftezwischenAl3+-IonenundO2--IonenistgroumlszligeralszwischenMg2+-IonenundO2--IonenDieGitterenergievonAluminiumoxidistdeshalbgroumlszligeralsdievonMagnesiumoxid
SchlussforderungJehoumlherdieGitterenergiedestostaumlrkerdieIonenbindung
(ii)Schmelzpunkte(degC)Siedepunkte(degC)undGitterenergien(inkJmol)einigerSalzeIonenformel Schmelzpunkt Siedepunkt Gitterenergie
Na+Cl- 801 1465 788
Li+F- 845 1676 1039
Ca2+(Cl-)2 775 1935 2259
(Al3+)2(O2-)3 2050 2980 15195
DabeigleicherLadungdie Ionen imLithiumfluoridkleinersindals imNatriumchlorid (sieheTabellemitdenAtomradien)sinddieAnziehungskraumlftezwischendenIonenimLithiumfluoridgroumlszligeralsimNatriumchloridDerSchmelz-undSiedepunktliegtbeiLithiumfluoridjeweilshoumlheralsbeimNatriumchloriddadieGitterenergiehoumlheristInteressantistderrelativniedrigeSchmelzpunktvonCalciumchloridImIonengitteristjedesCa2+-Ionvonzwei Cl--Ionen umgeben die Abstoszligungskraumlfte zwischen den groszligen Anionen spielen hier auch eineRolle Inder freibeweglichenSchmelze fallendieseweniger insGewichtderSiedepunkt istwesentlichhoumlheralsbeimNatriumchloridundbeimLithiumfluoridAluminiumoxidmitnochwesentlichgroumlszligererGitterenergiebesitztnochhoumlhereSchmelz-undSiedepunkte
SchlussfolgerungJehoumlherdieGitterenergiedestohoumlherimAllgemeinendieSchmelz-undSiedepunktederSalze
Aufgaben1 Die Gitterenergie von Calciumchlorid ist groumlszliger als die von Kochsalz aber viel kleiner als die vonAluminiumoxidErklaumlremitHilfederIonenradien
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
13
2FuumlrdieSynthesevonLithiumfluoridausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntSublimationsenergiefuumlrLithium161kJmolSpaltungsenergievonFluor144kJmolIonisierungsenergievonLithium-Atomen520kJmolIonisierungsenergievonFluor-Atomen-328kJmolReaktionsenergie-617kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndieGitterenergieinkJmol
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
14
3FuumlrdieSynthesevonMagnesiumoxidausdenElementensindfolgendeEnergienbekanntGitterenergiefuumlrMagnesiumoxid-3828kJmolSpaltungsenergievonSauerstoff497kJmolReaktionsenergie-601kJmolIonisierungsenergievonMagnesium-Atomen2200kJmolIonisierungsenergievonSauerstoff-Atomen650kJmolStelleeinEnergiediagrammaufGibfuumlrjedenSchritteineGleichunganBerechnedanndenfehlendenEnergiebetraginkJmol
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
15
dIonengitteramBeispielvonKochsalzNa+Cl-
Im Ionengitter ist jeweils1Chlorid-Ion von6Natrium-Ionen umgebenAuch1Natrium-Ion ist jeweilsvon6Chlorid-IonenumgebenDieKoordinationszahlvonNatriumchloridbetraumlgt6DieFormeleinheitgibtimmernochdasrichtigeAtomanzahlverhaumlltnisan(Na+)6(Cl-)6kannmanzuNa+Cl-vereinfachen
eGenerellerAufbauvonSalzenAufloumlsenvonSalzeninWasser
(Mn+)a(NMm-)b(s) aMn+(aq)+bNMm-(aq)dabeigiltamiddotn+bmiddot(-m)=0
Mn+ Metall-IonoderAmmoniumgruppeNH4+
NMm- Nichtmetall-IonoderAtomgruppe
OH- Hydroxid-Gruppe PO43- Phosphat-Gruppe
NO3- Nitrat-Gruppe PO33- Phosphit-Gruppe
NO2- Nitrit-Gruppe HCO3- Hydrogencarbonat-Gruppe
SO42- Sulfat-Gruppe HSO4- Hydrogensulfat-Gruppe
SO32- Sulfit-Gruppe H2PO4- Dihydrogenphosphat-Gruppe
CO32- Carbonat-Gruppe HPO42- Hydrogenphosphat-Gruppe
AufgabeAuswelchenIonensindfolgendeSalzeaufgebautGib jeweils eine Gleichung an welche das Aufloumlsen des Salzes in Wasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)GibdanndieNamenderIonenanbullAluminiumchlorid
bullCalciumoxid
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
16
bullLithiumsulfid
bullKaliumbromid
bullMagnesiumiodid
bullNatriumcarbonat
bullAluminiumsulfat
bullCalciumphosphat
bullBariumnitrat
bullAluminiumhydroxid
bullAmmoniumsulfat
bullNatriumhydrogensulfat
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
17
fAufloumlsenvonSalzeninWasserenergetischeBetrachtungen
bullVorgangdesAufloumlsensamBeispielvonKochsalz
rarr12 +12
Na+Cl-(s) rarr Na+(aq) + Cl-(aq)
WassermolekuumllesindpermanenteDipoleKationenziehendennegativgeladenenTeil(dieO-Atome)derWassermolekuumlleanAnionenziehendiepositivgeladenenTeile(dieH-Atome)anAufdierandstaumlndigenIonendesSalzkristalleswirkengeringereKraumlftealsaufdenuumlbrigenIonendesIonengittersDierandstaumlndigen Ionen koumlnnen deshalb am leichtesten abgetrennt werden Auch nach dem Abtrennenbleibendie Ionen vollstaumlndig vonWassermolekuumllenumhuumlllt sie bildendie sogenannteHydrathuumllleDiehydratisiertenIonen(hierNa+(aq)undCl-(aq))sindinderLoumlsungfreibeweglichweildieHydrathuumlllesievondenanderenIonenabschirmt
bullLoumlsungsenergie
Bei der Hydratisierung der Ionen wird Energie freigesetzt die Hydratationsenergie (EH) Um ein SalzaufzuloumlsenmuumlssendieKraumlftezwischendenIonenimIonengitteruumlberwundenwerdendiesentsprichtderGitterenergie (EG) Die Summe zwischen Gitterenergie (welche aufgebracht werden muss) undHydratationsenthalpie(welchefreigesetztwird)wirdalsLoumlsungsenergieoderLoumlsungswaumlrmebezeichnetJenachdemBetragderLoumlsungsenergiekannmandreiFaumllleunterscheiden|EH|gt|EG| ELlt0 derLoumlsungsvorgangistexotherm BeispielLiClEL=-37kJmol|EH|lt|EG| ELgt0 derLoumlsungsvorgangistendotherm BeispielKClEL=13kJmol|EH|ltlt|EG| ELgtgt0 schwerloumlslichesSalz BeispielMgOEL=1280kJmol
Loumlsungsenergien (in kJmol) von Lithiumchlorid (exotherm) und von Kaliumchlorid (endotherm) dieEnergieskalensindnichtlinear
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
18
Aufgabea Gib jeweils eineGleichung anwelche dasAufloumlsen desSalzes inWasser beschreibt (gib auch dieAggregatzustaumlndean)Gibdannanobsiesichexothermoderendothermloumlsen(dieGitterenergieGEunddieHydratationsenergeHEsindjeweilsinKlammernangegeben)
bullLithiumchlorid(GE849kJmolHE-888kJmol)
bullNatriumchlorid(GE788kJmolHE-784kJmol)
bullKaliumchlorid(GE718kJmolHE-705kJmol)
bullMagnesiumchlorid(GE2502kJmolHE-2662kJmol)
bullCalciumchlorid(GE2231kJmolHE-2332kJmol)
bullAmmoniumchlorid(GE684kJmolHE-669kJmol)
bullNatriumhydroxid(GE719kJmolHE-764kJmol)
bNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenerwaumlmt
cNennedasSalzwelchespromoleinewaumlsserigeLoumlsungamstaumlrkstenabkuumlhlt
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
19
3DieMetallbindung
aDasElektronengas-ModellBeispielNatrium
DieAuszligenelektronenderNatrium-AtomesindnichtfestgebundenundkoumlnnenauchnichtmehreinzelnenAtomenzugeordnetwerdenDieseElektronenbewegensichrelativfreizwischendenpositivenAtomruumlmpfen (sie bilden das sogenannte Elektronengas) EineNatriumportion besitzt eine kristallartigeStruktursiebestehtdaherausgitterartigangeordnetenKationenzwischendenensichdieAuszligenelektronenbewegenAlleanderenMetallebesitzeneinenaumlhnlichenAufbauwieNatriumeshandeltsichjeweilsumkristallartige Strukturen Die Metallbindung besteht jeweils aus den Anziehungskraumlften zwischen denpositivgeladenenAtomruumlmpfenunddennegativgeladenenfreibeweglichenAuszligenelektronen
bEigenschaftenderMetalle
bullMetallesindguteelektrischeLeiter
Beim Anlegen einer Gleichspannung werden die frei beweglichen Elektronen vom Minuspol zumPluspolhinverschoben(esflieszligtelektrischerStrom)amMinuspolbestehteinElektronenuumlberschussamPluspolherrschtElektronenmangeldie freibeweglichenElektronen flieszligendahervomMinuspolzumPluspol
bullInMetallennimmtdieelektrischeLeitfaumlhigkeitmitsteigenderTemperaturab
BeiniedrigerTemperaturschwingendieAtomruumlmpfenurgeringfuumlgigundbehindernden freienFluszligderElektronennurwenigBeisteigenderTemperaturschwingendieAtomruumlmpfe immerstaumlrkerundderElektronentransportwirdimmerstaumlkergestoumlrtderelektrischeWiderstandnimmtzu
bullMetallesindguteWaumlrmeleiter
DiefreibeweglichenElektronenwandelndieaufgenommeneWaumlrmeenergieleichtinBewegungsenergie um sie schwingen heftiger und bewegen sich chaotischer und schneller DieZusammenstoumlszligemitanderenElektronennimmtzuundEnergiewirdschnellvoneinemElektronaufein anderes uumlbertragen die frei beweglichen Elektronen transportieren dieWaumlrme zu den kaumllterenStellen
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
20
bullMetallesindleichtverformbar
Die Metalle lassen sich biegen schmieden haumlmmern oder walzen ohne dass sie brechen BeimVerbiegenwerdendiepositivgeladenenAtomschichtenzwarverschobendasiedabeiaberstaumlndigvomElektronengasumgebensindstoszligensichdieAtomruumlmpfeauchinderneuenPositionnichtab
cAufgaben
1WelchederfolgendenStoffeleitetdenelektrischenStromBegruumlndejeweilsdeineAntwortbullEinMetalldraht
bullEinKochsalzkristall
bullEineKochsalzschmelze
bullEineKochsalzloumlsung
2VergleichedieEigenschaftenvonMetallenmitdenenderSalzeErklaumlredieUnterschiede
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
21
4DieElektronenpaarbindung
aDasWasserstoffmolekuumll
ImWasserstoffatomkreisteinElektronumdenpositivgeladenenKernBeimAufeinandertreffenvonzweiWasserstoffatomdurchdringensichdiebeidenAtomhuumlllenundbildeneinegemeinsameAtomhuumlllewelche2ElektronenenthaumlltmanerhaumllteinMolekuumllWasserstoffgasBeidiesemVorgangwirdBindungsenergiefreigesetzt
rarr
Hbull + Hbull rarr HmdashH bindendesElektronenpaar1H-Atom + 1H-Atom rarr 1H2-Molekuumll
ImH2-Molekuumllbesitzt jedesH-Atom2e-undsomitdieEkvonHeliumDasH2-Molekuumll istenergetischstabileralszweieinzelneH-Atome
Wenn zwei H-Atome sich annaumlhern dannwerden dieAnziehungskraumlftezwischendenElektronenundProtonendergegenseitigenH-Atome wirksam So lange die H-AtomeweitentferntsindspielendieAbstoszligungskraumlftezwischendenAtomkernennureinekleineRolleFuumlr den optimalen Kernabstand ist derenergetisch niedrigste Punkt erreicht deroptimale Kernabstand entspricht derBindungslaumlnge die freigesetzte Energieentspricht derBindungsenergieAndiesemPunkt sind dieAnziehungskraumlfte zwischenden Elektronen und Protonen am groumlszligtend i eAbstoszligungskraumlfte zwischen denAtomkernenamgeringstenEin kuumlrzerer Abstand zwischen denAtomkernen fuumlhrt zu einem sehr raschenAnstiegderEnergie
Bei der Bildung des H2-Molekuumlls wird die Bildungsenergie freigesetzt und ein energieaumlrmerer Zustanderreicht dasH2-Molekuumll ist somit energetisch stabiler als die beiden einzelenenH-AtomeUmdasH2-Molekuumll wieder zu spaltenmuss derselbe Energiebetrag geliefert werden welcher bei der Bildung desMolekuumllsfreigesetztwurdeAus den zwei Elektronenhuumlllen der H-Atome bildet sich also die gemeinsame Elektronenhuumllle oderElektronenwolke des H2-Molekuumlls Dabei uumlberlappen sich die Atomwolken der H-Atome der optimaleKernabstand ist geringer als dieSummederAtomradien ImMolekuumll besitzen beideWasserstoffatomeinsgesamt2ElektronenjedesH-AtomerreichtsomitdieEdelgaskonfigurationvonHelium
Die Elektronenpaarbindung ist die Bindung der Nichtmetalle welche in Molekuumllen durch gemeinsameElektronenpaaremiteinanderverbundensindIneinemMolekuumllbesitztjedesAtomdieElektronenkonfiguration(Ek)einesEdelgases(Oktettregel)
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
22
bRegelnzumAufstellenvonLewis-StrukturenundRaumstrukturenbulldieLewis-SchreibweiseallerbeteiligtenAtomeangebenbulldieEinzelelektronenderverschiedenenAtomesomiteinanderverbindendassalleAtomevonachtElektronen(AusnahmeWasserstoff2Elektronen)umgebensindbulldieLewis-StruktursauberzeichnenunduumlberpruumlfendassdieOktettregelbefolgtwurdebulldieRaumstrukturwirdsogezeichnetdassalleElektronenpaaremaximalvoneinanderentferntsind(EPA-ModellElektronenPaar-Abstoszligungs-Modell)
BeispieleChlorgasCl2Lewisstruktur
Einfachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
SauerstoffgasO2Lewisstruktur
Doppelbindung
RaumstrukturlineareStrukturRaumstruktur
StickstoffgasN2Lewisstruktur
Dreifachbindung
RaumstrukturlineareStruktur
BemerkungBeiderBildungeinerBindungwirdEnergiefreigesetztDieselbeEnergiemengemussaufgebrachtwerdenumdieBindungwiederaufzubrechenDieDreifachbindungmachtdasStickstoffmolekuumllsehrstabil
KohlenstoffdioxidCO2Lewisstruktur
RaumstrukturlineareStruktur
ZwischendenzweiDoppelbindungenbestehteinWinkelvon180deg
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
23
FormaldehydCH2OLewisstruktur
Raumstrukturplane(ebene)Struktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa120deg
MethanCH4Lewisstruktur
RaumstrukturtetraedrischeStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa109deg
AmmoniakNH3Lewisstruktur
RaumstrukturpyramidaleStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa107deg
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
24
WasserH2OLewisstruktur
RaumstrukturgewinkelteStruktur
ZwischendenBindungenbesteht(jenachAtomart)einWinkelvonetwa104deg
cZusammenfassung(EPA-Modell)ZentralesAtomXbesitzt
StrukturBezeichnung Beispiel
2Bindungenund0Elektronenpaare
lineareStruktur
Kohlenstoffdioxid
2Bindungenund2Elektronenpaare
gewinkelteStruktur
Wasser
3Bindungenund0Elektronenpaare
trigonaleStrukturebene(plane)Struktur
Formaldehyd
3Bindungenund1Elektronenpaar
pyramidaleStruktur
Ammoniak
4Bindungenund0Elektronenpaare
tetraedrischeStruktur
MethanEinfachbindungenundodereineZweifachbindung
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
25
dAufgaben1 Stelle jeweils die Lewisstruktur auf undgib jeweils dieRaumstruktur sowie derenBezeichnung (fallsmoumlglich)anbullDiiod
bullFluorwasserstoff
bullSchwefelwasserstoff
bullPhosgenCOCl2
bullWasserstoffperoxidH2O2
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
26
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullMethylaminCH5N
bullFormamidCH3ON(1C=OBindung)
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
27
bullEthanolundDimethyletherbesitzendiegleicheSummenformel(C2H6O)EthanolreagiertmitNatrium(abernur16derH-AtomevonEthanolreagieren)DimethyletherreagiertnichtmitNatrium
2 Gib eine moumlgliche Strukturformel fuumlr das Ozonmolekuumll (O3) an und vergleiche mit demSauerstoffmolekuumll
3 Fuumlr folgende Molekuumlle oumlnnen die Strukturformeln die Oktettregel nicht erfuumlllen Stelle jeweils dieStrukturformelaufundbegruumlndedarandieAbweichungenvonderOktettregelbullBortrifluorid
bullStickstoffmonooxid
bullStickstoffdioxid
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
28
4aZeichnedieLewis-StrukturenfuumlrdasAmmoniak-MolekuumllunddasFluorwasserstoff-Molekuumll
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumllean
cErklaumlreweshalbdieseMolekuumllewieauchdasWassermolekuumllalsunvollstaumlndigeTetraederbezeichnetwerdenkoumlnnen
dErklaumlreweshalbdieBindungswinkelzwischenzweiWasserstoff-AtomenunddemzentralenAtombeimAmmoniak-MolekuumllundbeimWasser-MolekuumllkleineralsderTetraederwinkelsind
5DieMolekuumllevonKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxidhabenunterschiedlicheraumlumlicheStrukturenaGibfuumlrKohlenstoffdioxidundSchwefeldioxiddieLewis-Strukturenan
bGibdieraumlumlicheStrukturderMolekuumlleanundbegruumlndedieUnterschiedeinderMolekuumllstruktur
6LachgasDistickstoffmonoxidwirdalsNarkosemittelverwendetaGibdieLewis-StrukturenanImMolekuumllkommenzweiZweifachbindungenvor
bGibdieraumlumlicheStrukturan
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
29
eDiepolareElektronenpaarbindungElektronegativitaumltEN(nachLinusPauling)DieENbeschreibtdieFaumlhigkeitderAtomeeinesbestimmtenElementesBindungselektronenanzuziehenAusdemPSEkannmanleichteinerelativeENbestimmenHauptgruppen rarrENwirdgroumlszligerrarrPerioden I II III IV V VI VII1 H 2 Li C N O F3 Na Mg Al P S Cl4 K Ca Br5 I6 Ba 7
uarr
ENwirdgroumlszliger
uarr
ineinerPeriodenimmtdieENvonlinksnachrechtszuineinerGruppenimmtdieENvonuntennachobenzurArrEN(F)istamgroumlszligten
BeispieleinerpolarenElektronenpaarbindung(positiveundnegativeTeilladung)
bullpositiverLadungsschwerpunktundbullnegativerLadungsschwerpunkt
EN(Cl)gtEN(H)
dieENdesCl-AtomsistgroumlszligeralsdieENdesH-AtomsdasCl-AtomziehtdieBindungselektronennaumlherzusichheranDadurch erhaumllt das Cl-Atom einenegative Teilladungδ- und das H-Atom einepositiveTeilladungδ+PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindgetrenntdasHCl-MolekuumllisteinDipol(Dipolmolekuumll)
Polare(Dipolmolekuumlle)undunpolareMolekuumlle
DichlorCl2 BeideChlor-AtomeziehengleichstarkandenBindungselektronendieBindungistnichtpolarkeinDipolmolekuumll
ChlorwasserstoffHCl PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagert
DasChlorwasserstoffmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
KohlenstoffdioxidCO2 PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertvon
auszligensinddiepositivenundnegativenTeilladungennichtsichtbarDasMolekuumllistnichtpolaresistkeinDipolmolekuumll
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
30
WasserH2O
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasWassermolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
AmmoniakNH3 Positiverundnegativer
LadungsschwerpunktsindnichtuumlberlagertDasAmmoniakmolekuumllistpolaresisteinDipolmolekuumll
MethanCH4
PositiverundnegativerLadungsschwerpunktsinduumlberlagertDasMethanmolekuumllistunpolaresistkeinDipolmolekuumll
fAufgaben1StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsanobeinpolaresodereinunpolaresMolekuumllvorliegtbullDibrom
bullWasserstoffbromid
bullWasserstoffperoxidH2O2
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
31
bullKohlenstoffdisulfid
bullHydrazinN2H4
bullEthinC2H2
bullPhosphortrichlorid
bullEthenC2H4
bullEthanC2H6
bullTetrachlorkohlenstoff
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
32
2StellejeweilsdieLewisstrukturaufgibjeweilsdieRaumstrukturanundgibjeweilsdieTeilladungenanbullMethylaminCH5N
bullDibromdichlorkohlenstoff
bullChloroformCHCl3
3GibfuumlrfolgendeReinstoffejeweilsdiechemischeFormelunddieBindungsartan-FallseineIonenbindungvorliegtdannformulieredasAufloumlsendesSalzesinWasserundgibdieNamendergebildetenIonenan-FallseineElektronenpaarbindungvorliegtdanngibdieLewis-StruktursowieeineraumlumlicheStrukturan
bullKochsalz
bullSalzsaumlure
bullAmmoniumchlorid
bullAluminiumchlorid
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
33
bullNatriumsulfid
bullSchwefelwasserstoff
bullWasser
bullAmmoniak
bullAmmoniumnitrat
bullBleioxid
bullSchwefeldioxid
bullAmmoniumsulfat
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
34
5KraumlftezwischenTeilchen(AtomenundMolekuumllen)
aUnpolareTeilchen(AtomenundMolekuumlen)Zwischen unpolaren Molekuumllen wirken nur sehr schwache Kraumlfte die Van-der-Waals-Kraumlfte (VdW-KraumlftesieberuhenaufzeitlichbegrenztexistierendenDipolen)DeshalbsinddieSiede-undSchmelzpunktevonunpolarenMolekuumllen(Reinstoffen)gering
BeispieldasEdelgasHelium
ZueinembestimmtenZeitpunktbefindensichdiebeidenElektronendesHeliumatomsrechtsvomHeliumkernDerpositiveLadungschwerpunktistnichtmitdemnegativenLadungschwerpunktuumlberlagertmanerhaumllteinentemporaumlren(zeitlichbegrenzten)Dipol
SolangedertemporaumlreDipolbestehtkannerinbenachbartenHeliumatomenDipoleinduzierenZwischendiesenDipolenbestehenschwacheAnziehungskraumlfteweildieTeilladungensehrgeringsindDasichdieElektronenbestaumlndiganandererStelleinderAtomhuumlllebefindenbestehendieseKraumlfteimmernurkurzzeitigTrotzdembauensichtemporaumlreDipoleanderswoimAtomverbandimmerwiederaufDiedarausresultierendenKraumlftezwischenTeilchenbezeichnetmanalsVanderWaals-Kraumlfte(VdW-Kraumlfte)
JemehrElektroneneinTeilchenbesitzt(groumlszligeremolareMasse)destostaumlrkersinddieVdW-Kraumlfte
bPolareMolekuumlleZwischenpolarenMolekuumllenwirkennebendenVdW-KraumlftennochdiestaumlrkerenDipol-Dipol-Wechselwirkungen (DDW elektrostatischeAnziehungskraumlfte zwischen permanenten Dipolen) DeshalbbesitzenpolareMolekuumllehoumlhereSiede-undSchmelzpunktealsunpolareMolekuumllevergleichbarerMasseZwischen Fluorwasserstoff- (HF) Wasser- (H2O) und Ammoniak-Molekuumllen (NH3) wirkt noch einezusaumltzlicheelektrostatischeAnziehungskraftdieWasserstoffbruumlcken(H-Bruumlcken)DieWasserstoffbruumlckenbildensichwenneinWasserstoffatomanAtomemithoherElektronegativitaumltundhoherLadungsdichtegebunden istdies istbeimFluor imHF-MolekuumllbeimSauerstoff imH2O-MolekuumllundbeimStickstoffimNH3-MolekuumllderFall
bull Fluorwasserstoff1sehrstarkeH-Bruumlcke
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
35
bull Wasser2starkeH-Bruumlcken
bull Ammoniak3schwacheH-Bruumlcken
cEinflussderzwischenmolekularenKraumlfteaufdieLoumlslichkeit
GleichesistinGleichemgutloumlslichPolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffegutaberunpolareReinstoffeschlechtUnpolareLoumlsungsmittelloumlsenpolareReinstoffeschlechtaberunpolareReinstoffegut
BeispielBestimmedieLoumlslichkeitvonKochsalzundIodinWasser- WasserH2OisteinpolaresLoumlsungsmitteldennWasseristeinDipolmolekuumll- NatriumchloridNa+Cl-istausIonenaufgebautunddeshalbextrempolardeshalbistKochsalzinWassergutloumlslich- IodI2istunpolardeshalbistIodinWasserschlechtloumlslich
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
36
dAufgaben1TeilefolgendeReinstoffenachsteigendenSiedetemperatureneinChlorwasserstoffWasserstoffWasserFluorundKaliumchloridStelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
2BeschreibedieLoumlslichkeitvonBromundKaliumbromid inWasserund inHexan(verhaumlltsichaumlhnlichwieMethan)StelleeineTabelleaufgibdenNamendiechemischeFormeldieStrukturformel(mitTeilladungenfallsmoumlglich)oderdieFormeleinheit(fallsmoumlglich)dieBindungsartdiePolaritaumltunddieKraumlftediezwischendenTeilchenbestehenan
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
37
6SaumlurenundBasen
aDerSaumlure-BaseBegriffnachArrhenius
(i)SaumlurennachArrhenius
NachArrheniussindSaumlurenReinstoffewelchebeimLoumlseninWasserpositivgeladeneWasserstoff-IonenundnegativgeladeneSaumlurerest-IonenbildenPositiv geladene Wasserstoff-Ionen entsprechen einem nackten Wasserstoffkern und besitzen eineenormeLadungsdichtesiebindensichsofortaneinWassermolekuumllWasser ist hier nicht nur Loumlsungsmittel sondern nimmt an der Reaktion teil Wassermolekuumlle (H2O)nehmendiepositivgeladenenWasserstoff-Ionen(H+)aufundbildenOxonium-Ionen(H3O+)dievoneinerHydrat-HuumllleumgebensindwelchemanalsH3O+(aq)anschreibt
BeispieleSaumlure + Wasser rarr Oxonium-Ion + SaumlurerestHCl(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + Cl-(aq) Chlorid-Ion
HNO3(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + NO3-(aq) Nitrat-Ion
MehrwertigeSaumluren koumlnnen schrittweiseProtonenabgeben bei jedemTeilschritt nimmtdieStaumlrkederSaumlureabBeispielPhosphorsaumlureH3PO4(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + H2PO4-(aq) Dihydrogenphosphat-Ion
H2PO4-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + HPO42-(aq) Hydrogenphosphat-Ion
HPO42-(aq) + H2O(l) rarr H3O+(aq) + PO43-(aq) Phosphat-Ion
H3PO4(aq) + 3H2O(l) rarr 3H3O+(aq) + PO43-(aq)
(ii)BasennachArrhenius
NachArrhenius sindBasenReinstoffewelche beimLoumlsen inWasser negativ geladeneHydroxid-IonenundpositivgeladeneBaserest-Ionenbilden
BeispieleBase rarr Baserest-Ion + Hydroxid-Ion
NaOH(s) rarr Na+(aq) + OH-(aq)
Ca(OH)2(s) rarr Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
DieBase-DefinitionvonArrheniusistperfektaufHydroxid-BasenanwendbarsieistaberungenuumlgendumdasBase-VerhaltenvonAmmoniakoderSalzenvonEssigsaumlureoderAmeisensaumlurezuerklaumlren
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKalilauge
bullSchwefelsaumlure
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
38
bDerSaumlure-BaseBegriffnachBroumlnsted
(i)SaumlurennachBroumlnsted
Versuche- HCl(g)+Hexan(l)
keineelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArressindkeineIoneninLoumlsungHClisteinDipolmolekuumllHexanistunpolardeshalbistHClinHexanschlechtloumlslichesfindetkeineReaktionstatt
- HCl(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetHClundH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistHClinH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
ChlorwasserstoffgibteinProton(H+)abChlorwasserstoffisteinProtonendonatorEinWassermolekuumllnimmtdasProtonaufundbildeteinOxonium-Ion(H3O+)DieBildungvonOxonium-IonenmachtdieLoumlsungsauer
VereinfachtHCl(g) HCl(aq)
Chlorwasserstoff Salzsaumlure
Schwefelsaumlure Salpetersaumlure Phosphorsaumlure enthalten auchWasserstoff-Atome beimAufloumlsen inWasser geben diese Saumluren Protonen die mit Wasser Oxonium-Ionen (Kationen) bilden ab DerSaumlurerestbildeteinAnion
Broumlnsted-SaumlurensindReinstoffewelcheProtonenabgeben(Protonendonatoren)InwaumlsserigenLoumlsungenbildendieProtonenmitWasserOxonium-IonenH3O+
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseranundbenennedieProduktebullKohlensaumlure
bullPerchlorsaumlureHClO4
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
39
(ii)BasennachBroumlnsted
Versuch NH3(g)+H2O(l)groszligeelektrischeLeitfaumlhigkeitfeststellbarrArreswerdenIoneninderLoumlsunggebildetNH3undH2OsindDipolmolekuumlledeshalbistNH3inH2OsehrgutloumlslichesfindeteineReaktionstattbeiderIonengebildetwerden
ErklaumlrungheterolytischeSpaltungeinerpolarenElektronenpaarbindung
AmmoniaknimmteinProton(H+)aufAmmoniakisteinProtonenakzeptorEinWassermolekuumllgibtdasProtonabundbildeteinHydroxid-Ion(OH-)DieBildungvonHydroxid-IonenmachtdieLoumlsungalkalisch
VereinfachtNH3(g) NH3(aq)
Ammoniak Ammoniakwasser
bHydroxidbasen- Na+OH-(s) Na+(aq) + OH-(aq) Natrium-Ion Hydroxid-Ion
- Ca2+(OH-)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Calcium-Ion Hydroxid-Ion
HydroxidbasenwieNatriumhydroxidNaOH(s)oderCalciumhydroxidCa(OH)2(s) sindBasenwelchedasHydroxid-IonOH-enthaltenBeimAufloumlsendieserSalzeinWasserbildensichLaugen
BasensindReinstoffewelcheProtonenaufnehmenkoumlnnen(Protonenakzeptoren)
AufgabeGibjeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasserangibdieIonenformelderEdukteanundbenennedieProduktebullLithiumhydroxid
bullBariumhydroxid
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
40
cSaumlure-BasePaare
BeispielAufloumlsenvonChlorwasserstoffinWasserHCl + H2O rarr Cl- + H3O+
S1 B2 B1 S2
HCl ist eine Saumlure (S1Protonendonator)undgibteinProtonabderSaumlurerestCl- ist diekorrespondierende Base (B1 Protonenakzeptor) denn durchAufnahme eines Protons kann wieder dieSaumlureHClgebildetwerdenHClCl-isteinSaumlureBasePaar
H2OverhaumlltsichalsBase(B2Protonenakzeptor)undbildetH3O+durchAufnahmeeinesProtonsH3O+istdiekorrespondierendeSaumlure(S2Protonenakzeptor)vonH2OH3O+H2OisteinSaumlureBasePaar
WeitereBeispielekorrespondierendesSaumlure Base-Paar
- NH3 + H2O NH4+ + OH- NH4+ NH3
B1 S2 S1 B2 H2O OH-
- HCl + NH3 rarr Cl- + NH4+ HCl Cl-
S1 B2 B1 S2 NH4+ NH3
AllgemeinHA + B- rarr A- + BH HA A-
S1 B2 B1 S2 BH B-
AufgabeStelle jeweilsdieReaktionsgleichungfuumlrdasAufloumlseninWasseraufundgibdie jeweilsdieSaumlureBasePaareanbullSalpetersaumlure
bullPhosphorsaumlure
bullMethylaminCH3-NH2
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
41
dNeutralisationsreaktionundanderetypischeReaktionenderSaumluren
(i)Neutralisationsreaktion
bullBeispielReaktionzwischenChlorwasserstoffgasundAmmoniak
AmmoniakisteineBase(Protonenakzeptor)dennesnimmteinProtonaufChlorwasserstoffisteineSaumlure(Protonendonator)dennesgibteinProtonab
bullAndereSaumlurenundLaugen
-SalpetersaumlureundKalkwasser Saumlure + Base rarr Salz + Wasser
GG 2HNO3(aq) + Ca(OH)2(aq) rarr Ca(NO3)2(aq) + 2H2O(l)darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Ca2+(aq)+2OH-(aq) rarr Ca2+(aq)+2NO3-(aq) + 4H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l) GG globaleGleichungIG IonengleichungVIG VereinfachteIonengleichung
-VerallgemeinerungamBeispielderNeutralisationvonSalzsaumluremitNatronlauge Saumlure + Base rarr Salz + WasserGG HCl(aq) + NaOH(aq) rarr NaCl(aq) + H2O(l)
darr+H2O darr+H2O
IG H3O+(aq)+Cl-(aq) + Na+(aq)+OH-(aq) rarr Na+(aq)+Cl-(aq) + 2H2O(l)
VIG H3O+(aq) + OH-(aq) rarr 2H2O(l)
sauerpHlt7
+ basischpHgt7
rarr neutralpH=7
Saumlure+BaserarrSalz+WasserBeieinerNeutralisationfindetimmereinProtonenuumlbergangvonH3O+-IonenaufOH--IonenunterBildungvonWasserstattDieseReaktionistexothermeswirdWaumlrmeenergiefreigesetzt
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
42
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundKalilauge
bullSalzsaumlureundKalkwasser
bullSchwefelsaumlureundAluminiumhydroxid
bullKalkwasserundPhosphorsaumlure
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
43
(ii)ReaktionverduumlnnterSaumlurenmitunedlenMetallen
Beispiele-SalzsaumlureundMagnesium Saumlure + Metall rarr Salz + WasserstoffGG 2HCl(aq) + Mg(s) rarr MgCl2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2Cl-(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq)+2Cl-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Mg(s) rarr Mg2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
-SalpetersaumlureundZinkGG 2HNO3(aq) + Zn(s) rarr Zn(NO3)2(aq) + H2(g)
darr+2H2O darr+2H2O
IG 2H3O+(aq)+2NO3-(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq)+2NO3-(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
VIG 2H3O+(aq) + Zn(s) rarr Zn2+(aq) + H2(g) + 2H2O(l)
EdleMetallewieGoldundSilbergehenkeineReaktionmitverduumlnntenSaumlurenein
VerduumlnnteSaumlure+unedlesMetallrarrSalz+Wasserstoffgas
AufgabeGibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullSalpetersaumlureundEisen
bullMagnesiumundPhosphorsaumlure
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
44
(iii)ReaktionvonSaumlurenmitMetalloxiden
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumoxidSaumlure + Metalloxid rarr Salz + Wasser
2HCl(aq) + CaO(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l)
-SchwefelsaumlureundNatriumoxidH2SO4(aq) + Na2O(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l)
-PhosphorsaumlureundMagnesiumoxid2H3PO4(aq) + 3MgO(s) rarr Mg3(PO4)2(aq) + 3H2O(l)
Saumlure+MetalloxidrarrSalz+Wasser
AufgabeGibjeweilsdieglobaleGleichunganbullBariumoxidundSchwefelsaumlure
bullSalpetersaumlureundEisen(III)-oxid
(iv)ReaktionvonSaumlurenmitCarbonaten
Beispiele-SalzsaumlureundCalciumcarbonatSaumlure + Carbonat rarr Salz + Wasser + Kohlenstoffdioxid
2HCl(aq) + CaCO3(s) rarr CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)
-SchwefelsaumlureundNatriumcarbonatH2SO4(aq) + Na2CO3(s) rarr Na2SO4(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Saumlure+CarbonatrarrSalz+Wasser+Kohlenstoffdioxid
Aufgaben1GibjeweilsdieglobaleGleichunganbullSalpetersaumlureundNatriumcarbonat
bullSchwefelsaumlureundKaliumcarbonat
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
45
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
bullCalciumoxidundSalpetersaumlure
bullKaliumcarbonatundPhosphorsaumlure
bullLithiumoxidundSchwefelsaumlure
bullPhosphorsaumlureundCalciumcarbonat
GibjeweilsdieGGdieIGunddieVIGmitdenAggregatzustaumlndenanbullKalilaugeundPhosphorsaumlure
bullMagnesiumundSchwefelsaumlure
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
46
eDiepH-Skala
FarbindikatorengebenanobeineLoumlsungsauerneutraloderalkalischistsiegebenabernichtanwiestarksaueroderalkalischeineLoumlsungistDurchVermischenmitdestilliertemWasserkannmanSaumlurenoderLaugenverduumlnnenBeispiele- EinestarksaureLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon1VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertzuBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral- EinestarkalkalischeLoumlsungbesitzteinenpH-Wertvon14VerduumlnntmandieLoumlsungdannnimmtderpH-WertabBeisehrstarkerVerduumlnnunggehtderpH-Wertauf7zudieLoumlsungwirdneutral
UmdenpH-WerteinerLoumlsungzubestimmenbenutztmaneinenpH-Meter
DiepH-Skalaistnicht linearaufgebautsondernlogarithmischnachZehnerpotenzenPraktischbedeutetdiesdasseinepH-Differenzgleich1(ΔpH=1)einemFaktor101=10entsprichtdemzufolgeentsprichtΔpH=2einemFaktor102=100PraktischesBeispielDurch Verduumlnnen einer Saumlureloumlsung geht der pH-Wert von 2 auf 4 Dabei wurde der Saumluregehalt derLoumlsungnichthalbiert(umdenFaktor2verringert)sondernumdenFaktor100verringert
AufgabeZueinerleichtalkalischenLoumlsung(pH=92)gibtmaneineBasebisderpHdenWert122erreichthatIstdieLoumlsungalkalischeroderwenigeralkalischgewordenUmwelchenFaktorwurdederBasegehaltderLoumlsungverringertoderangehobenBegruumlndedeineAntwort
fQuantitativeNeutralisation
MitHilfeeinerTitrationbestimmtmanentwederdenSaumluregehalteinersaurenLoumlsungoderdenBasegehalt einer alkalischen Loumlsung Dazu gebraucht man die Stoffmengenkonzentration c (in molL)welchedieStoffmengenproVolumenLoumlsungVangibt
Die Stoffmengenkonzentration c (in molL) gibt die Stoffmenge n eines Reinstoffes (in mol) in demVolumenVderLoumlsung(inL)an
c= nV (mol)(L)
c Stoffmengenkonzentrationin molL (oderM)
n Stoffmengeinmol(n=cmiddotV)V VolumenderLoumlsunginL
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
47
bullBeispiel
TitrationeinerunbekanntenSalzsaumluremitNatronlauge
DieLoumlsungvondermandieStoffmengenkonzentrationbestimmenwillnenntmandieProbeVonderProbeentnimmtmanmitHilfeeinerVollpipetteeingeeignetesVolumen(5102025oder 50 mL) gibt ihn dann in einen Erlenmeyerkolben und fuumlgt einigeTropfen FarbindikatorhinzuDasVolumenderProbeistalsojeweilsbekanntdamanesselberfestlegtdieStoffmengenkonzentrationhingegenistnichtbekanntsiesolljabestimmtwerden
DadieUnbekanntehierdieSaumlureistkannmaninKurzfassunganschreibenProbeVSistbekanntcS=
Um die Stoffmengenkonzentration der unbekannten Loumlsung zu bestimmen benutzt maneine Maszligloumlsung eine Loumlsung von der man die Stoffmengenkonzentration genau festlegthatDieStoffmengenkonzentrationderMaszligloumlsungistalsojeweilsbekanntMitHilfederBuumlrettegibtmantropfweisesolangeMaszligloumlsungzuderProbeimErlenmeyerkolben bis ein Farbumschlag eintritt Dieser Zeitpunkt legt auch das VolumenderverbrauchtenMaszligloumlsungfestdiesesVolumenistdaherjeweilsexperimentellbestimmbar
DadieMaszligloumlsunghiereineBaseististkannmaninKurzfassunganschreibenMaszligloumlsungVBistbestimmbarcB=bekannt
DieNeutralisationisterreichtfallsdieStoffmengeanSaumlure(nS)gleichderStoffmengederBase(nB)istHCl + NaOH rarr NaCl + H2O
nS nB
nS=nBcSmiddotVS=cBmiddotVB
-fallscBbekanntcS= cBmiddotVBVS
-fallscSbekanntcB= cSmiddotVSVB
AchtungDieBerechnungensindnurguumlltigfuumlrdieTitrationeinwertigerSaumlurenmiteinwertigenBasen
AufgabeBerechnejeweilsdieunbekannteStoffmengenkonzentrationbullManbenoumltigt125mLSalzsaumlure005Mum20mLeinerNatronlaugezutitrieren
bullBeiderTitrationvon25mLSalpetersaumlureverbrauchtman188mL01MKalilauge
bullUm10mLKalilaugezuneutralisierenbenoumltigtman139mL05MSalzsaumlureBerechnedieStoffmengenkonzentrationderLauge
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
48
bullAllgemeinerLoumlsungswegnachderMethodeder6SchritteAngabe25mLSchwefelsaumlurewerdenvon12mLKalilauge005MtitriertBerechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
Schritt1ReaktionsgleichungaufstellenundbekannteGroumlszligenangebenH2SO4 + 2KOH rarr K2SO4 + 2H2O
VS=25mLcS=
VB=12mLcB=005M
Schritt2 gesuchteStoffmengebekannteStoffmenge anschreiben
nSnB
= 12
Schritt3NachdergesuchtenStoffmengeaufloumlsen
nS=12 middotnB
Schritt4Stoffmengendurchn=cmiddotVodern= mM ersetzen
cSmiddotVS=12 middotcSmiddotVS
Schritt5NachdergesuchtenGroumlszligeaufloumlsen
cS=12 middot
cBmiddotVBVS
Schritt6Werteeinsetzenundausrechnen
cS=12 middot
005middot1225 =0012M
Aufgabenbull5mLSalpetersaumlurewerdenvon305mLNatronlauge(0025M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull25mLSchwefelsaumlurewerdenmit124mLKalilauge(03M)titriertStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
49
bull Wie viel g Kaliumhydroxid werden benoumltigt um 20 mL Salzsaumlure (0025 M) zu titrieren Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedanndieStoffmengederBase
bull25mLSchwefelsaumlurereagierenvollstaumlndigmit328mLKalkwasser25middot10-4 M Stelle dieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull Zu 25mL einer Schwefelsaumlure welche einen Tropfen Phenolphthalein enthaumllt gibt man 2 StuumlckchenNatriumhydroxid(165mg)danngibtmantropfweise01MKalilaugehinzu(085ml)biseinFarbumschlageintrittStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSchwefelsaumlure
bull20mLPhosphorsaumlurereagierenvollstaumlndigmit337mLKalilauge(001M)StelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderSaumlure
bull15mLPhosphorsaumlure(425M)reagierenvollstaumlndigmit125LKalkwasserStelledieReaktionsgleichungaufundberechnedieStoffmengenkonzentrationderBase
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
50
bull Um 25 ml einer Natronlauge zu titrieren werden 175 mL Salpetersaumlure (004 M) benoumltigt WelchesVolumeninmlderNatronlaugeenthaumllt616gNatriumhydroxid
bull Man benoumltigt 125 mL Salzsaumlure (100 middot 10-4 M) um 250 mL Kalkwasser zu titrieren Wie viel mgCalciumhydroxidsindin530mLdesKalkwassersenthalten
bullWievielmL025MSalzsaumlurewerdenbenoumltigtum50mLeinerLoumlsungausKalkwasser(250middot10-4M)Natriumhydroxid(142mg)undKaliumhydroxid(187mg)zutitrieren
bull 25 mL Phosphorsaumlure reagieren vollstaumlndig mit 195 mL Kalilauge (006 M) Welches Volumen derPhosphorsaumlureenthaumllt364mgPhosphorsaumlure
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
51
7RedoxreaktionenaufElektronenebene
aBeispielebull SynthesevonMagnesiumoxidDasMagnesiumverbrenntmiteinersehrgrellenweiszligenFlammemanerhaumllteinenweiszligenFeststoff
2Mg+O2rarr2MgO
NachderbisherigenDefinitionhandeltessicheindeutigumeineOxidationMgwirddurchSauerstoffaufnahmezuMgOoxidiert
- IonengleichungUmdieVorgaumlngeaufElektronenebenezuverstehenstelltmandieIonengleichungauf
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
ManerkenntdassbeidieserReaktion2Mgzu2Mg2+undO2zu2O2-reagierenDesweiterenbenutztmandasKonzeptderOxidationszahlen(OxZ)middotfuumlrElementeistdieOxZgleich0middotfuumlreinatomigeIonenistsiegleichderLadungIn Gleichungen wird die Oxidationszahl in roumlmischen Ziffern nur uumlber die Elemente fuumlr welche dieOxidationszahlenaumlndernangeschrieben
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
2Mg 2Mg2+ + 4e- e--Abgabe Oxidation0 -II ΔOxZlt0
O2 + 4e- 2O2- e--Aufnahme Reduktion
2Mg+O2rarr2Mg2++2O2- e--Austausch Redoxreaktion
2Mg+O2rarr2Mg2+O2-
rArr DieOxidationfindetimmeranderTeilgleichungmitdere --AbgabestattoderisterkennbaranΔOxZgt0(II-0gt0)
rArr DieReduktion findet immer an der Teilgleichungmit der e --Aufnahme statt oder ist erkennbar anΔOxZlt0(-II-0lt0)
rArr DieRedoxreaktionentsprichteinemElektronenaustauschrArrMgistdasReduktionsmittel(gibte-ab)undbildetdasOxidationsmittelMg2+(Mg2+koumlnnteimPrinzip
e-aufnehmenumMgzubildendeshalbbenutztmanbeiderTeilreaktionauchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedOx-Paar
rArr O2istdasOxidationsmittel(nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelO2-(O2-koumlnnteimPrinzipe-abgebenumO2zubildendeshalbbenutztmanauchhierbeiderTeilreaktionDoppelpfeile)O2-O2bildeteinRedOx-Paar
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
52
bull SynthesevonMagnesiumchlorid
Mg+Cl2rarrMgCl2
Nach der bisherigen Definition kann es sich hier nicht um einen Redoxvorgang handeln da ja keinSauerstoffvorhandenist
- Ionengleichung
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2
ManerkenntdassbeidieserReaktionMgzuMg2+(OxidationwiebeiderBildungvonMgO)undCl2zu2Cl-reagierenWennmanRedoxreaktionenaufBasisvoneinemElektronenaustauschdefiniertdannerhaumlltmaneineerweiterteDefinitiondieTeilreaktionvonCl2zu2Cl- istdanneineReduktionvergleichbarmitdere--AufnahmevonO2zu2O2-(ReduktionwiebeiderBildungvonMgO)
- InterpretationaufElektronenebene0 II ΔOxZgt0
Mg Mg2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation0 -I ΔOxZlt0
Cl2 + 2e- 2Cl- e--Aufnahme Reduktion
Mg+Cl2rarrMg2++2Cl- e--Austausch Redoxreaktion
Mg+Cl2rarrMg2+(Cl-)2rArrMg ist das Reduktionsmittel (Red1 gibt e- ab) und bildet das Oxidationsmittel Mg2+ (Ox1 Mg2+
koumlnnte imPrinzip e- aufnehmenumMg zubilden deshalb benutztmanbei derTeilreaktion auchDoppelpfeile)MgMg2+bildeteinRedox-Paar(Red1Ox1)
rArr Cl2istdasOxidationsmittel(Ox2nimmte-auf)undbildetdasReduktionsmittelCl-(Red2Cl-koumlnnteim Prinzip e- abgeben um Cl2 zu bilden deshalb benutzt man auch hier bei der TeilreaktionDoppelpfeile)Cl-Cl2bildeteinRedox-Paar(Red2Ox2)
bErweiterteRedox-DefinitionaufElektronenbasisOxidation e--Abgabe ΔOxZgt0
Reduktion e--Aufnahme ΔOxZlt0
Redoxreaktion e--AustauschOxidationsmittel nimmte-aufundwirdreduziertReduktionsmittel gibte-abundwirdoxidiert
RedOx-PaarRed1 Ox1 + ne- |middotm e--Abgabe Oxidation Red1Ox1
Ox2 + me- Red2 |middotn e--Aufnahme Reduktion Red2Ox2
mRed1+nOx2rarrmOx1+nRed2 e--Austausch Redoxreaktion
Red1Ox1undRed2Ox2sindkorrespondierendeRedoxpaare
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
53
cOxidationszahlen
bullVorteileundEigenschaften-sieerlaubtesschnellzuermittelnwelcheAtomewievielee-beieinerRedoxreaktionaustauschen-VergroumlszligerungderOxidationszahl(ΔOxZgt0)Oxidation-VerkleinerungderOxidationszahl(ΔOxZlt0)Reduktion-BetragderOxidationszahlaumlnderungAnzahlderausgetauschtene-
bullZubeachtendeReihenfolgezurFestlegungeinerOxidationszahl
Elemente 0(ausserClOHNBrIF0fuumlrX2)
EinatomigeIonen LadungWasserstoff +I(Metallhydride-I)Sauerstoff -II(Peroxide-I)Halogene -I(berechnenfallsletztesAtom)MehratomigeIonenoderMolekuumlle berechnen(SummederOxidationszahlen=Ladung)
BeispielebullH3PO4
Ix-IIH3PO43middot1+x+4middot(-2)=0rArr3+x-8=0rArrx=V
bullSO42-
x-IISO42-
x+4middot(-2)=-2rArrx-8=-2rArrx=VI
dAufgaben1GibjeweilsdieOxidationszahlenan
AlF3 CaH2 C2H4 CCl4
CO32- HPO42- CH2O HClO
NH3 NH4NO3 Na2S2O3 Na2S4O6
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
54
2StellejeweilsdieglobaleGleichungaufundgibanobessichumeineRedoxreaktionhandeltbullReaktionvonSalzsaumluremitMagnesiumhydroxid
bullReaktionvonSalzsaumluremitZink
bullReaktionvonSalpetersaumluremitCalciumoxid
bullReaktionvonNatriummitWasser
bullBlei(II)-oxidreagiertmitKohlenstoffzueinemMetallundzueinemGaswelchesKalkwassertruumlbt
bullMagnesiumoxidreagiertmitPhosphorsaumlure
bullStickstoffdioxidreagiertmitAmmoniakzuWasserundStickstoff
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
55
3 Gib jeweils die globale Gleichung die Ionengleichung sowie eine vollstaumlndige Interpretation aufElektronenebenean(a)ThermolysevonQuecksilber(II)-oxid
(b)ThermolysevonSilbersulfid
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
56
(c)ReaktionvonKaliummitSchwefel
(d)ReaktionvonAluminiummitBrom
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
57
(e)Kupfer(II)-oxidreagiertmitEisenzueinemMetallundEisen(III)-oxid
(f)ThermitverfahrenEisen(III)-oxidreagiertunterFunkenspruumlhenundsehrstarkerWaumlrmeabgabemitAluminiumzueinemfluumlssigenMetallundeinemweiszligenFeststoff(Metalloxid)
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
58
eAufstellenvonRedoxsystemeninsaurerundinalkalischerLoumlsungBeispielBei der Reaktion von Kaliumdichromat K2Cr2O7 mit Eisen(II)-sulfat in saurer Loumlsung entstehen unteranderemEisen(III)-undChrom(III)-IonenIn waumlsseriger Loumlsung bildet Kaliumdichromat K+- und Cr2O72--Ionen Eisen(II)-sulfat bildet Fe2+- undSO42--IonenZuerstmussmanmoumlglicheRedoxpaare zusammenstellen die Kalium- und die Sulfat-Ionen kannmanunbesorgtignorierendennsiewerdenaufderSeitederProduktenichterwaumlhntessindZuschauer-IonenwelchevorundnachderReaktionzwarvorhandensindaberanderRedoxreaktionnichtaktivteilnehmenFolglichfindenbeidieserReaktionzweiTeilgleichungenab(1)Cr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-Ionenund(2)Eisen(II)-IonenreagierenzuEisen(III)-Ionen
AufstellenderTeilgleichungen(1)TeilgleichungCr2O72--IonenreagierenzuChrom(III)-IonenVI IIICr2O72- reagiertzu Cr3+
Cr2O72- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e- reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ reagiertzu 2Cr3+
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3++21H2O
1Oxidationszahlenfestlegen2AtomemitverschiedenenOZausgleichen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)4LadungenausgleicheninsaurerLoumlsungmitH3O+(H+(aq))inalkalischerLoumlsungmitOH-5SauerstoffatomemitH2Oausgleichen
(2)TeilgleichungFe(II)-IonenreagierenzuFe(III)-IonenII IIIFe2+ reagiertzu Fe3+
Fe2+ Fe3++e-
1Oxidationszahlenfestlegen3AnzahlElektronenhinzufuumlgen(nmiddot|ΔOZ|aufderSeitewoOZamgroumlszligten)DieSchritte24und5werdenhiernichtbenoumltigt
AufstellendesRedoxsystemsII III ΔOxZgt0
Fe2+ Fe3++e- |middot6 e--Abgabe OxidationVI III ΔOxZlt0
Cr2O72-+6e-+14H3O+ 2Cr3+ e--Aufnahme Reduktion
6Fe2++Cr2O72-+14H3O+rarr6Fe3++2Cr3+ e--Austausch Redoxreaktion
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
59
Aufgaben1ReaktionvonKaliumpermanganatmitSalzsaumlureeswerdenChlorgasundMangan(II)-Ionengebildet
2ReaktionvonSalpetersaumluremitKupfereswerdenStickstoffmonoxidundKupfer(II)-Ionengebildet
3ReaktionvonKaliumpermanganatmitNatriuminitritinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undNitrat-Ionengebildet
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
60
4ReaktionvonAmeisensaumlure(HCOOH)mitKaliumpermanganateswerdenKohlenstoffdioxidundMangan(II)-Ionengebildet
5ReaktionvonNatriumsulfitmitKaliumpermanganatinstarksaurerLoumlsungeswerdenMangan(II)-undSulfat(II)-Ionengebildet
6ReaktionvonKaliumpermanganatmitWasserstoffperoxidinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenSauerstoffundBraunsteingebildet
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
61
7ReaktionvonKaliumbromidmitKaliumpermanganatinstarkalkalischerLoumlsungeswerdenBraunsteinundBromat-Ionen(BrO3-)gebildet
(i)DisproportionierungDasEduktistsowohlOxidations-wieauchReduktionsmittelBeispiel Stelle das Redoxsystem von Chlor zu Natriumchlorid und Natriumhypochlorid (NaClO) inalkalischerLoumlsungauf
(ii)SymproportionierungDasOxidationsproduktistgleichdemReduktionsproduktBeispielStelledasRedoxsystemvonAmmoniumchloridundNatriumnitritzuStickstoff insaurerLoumlsungauf
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
62
fDieRedoxreihederMetalle
bullVersuch1aEinblankerEisennagelwirdineineKupfer(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung roterUumlberzug Schlussfolgerung BildungvonKupfer
SpontaneRedoxreaktionRedOx-Paar
Cu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion CuCu2+Fe Fe2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation FeFe2+
Cu2+ + Fe rarr Cu + Fe2+Ox1 Red2 Red1 Ox2
e--Austausch Redoxreaktion
bEinKupferblechwirdineineEisen(II)-sulfatloumlsunggetaucht Beobachtung keineVeraumlnderungfeststellbar Schlussfolgerung keineReaktion
rArrFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuCuistedler(gibtwenigergerne-ab)alsFeCu2+isteinstaumlrkeresOxidationsmittelalsFe2+
2Versuch2aEinblankerEisennagelwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinjajanein
SchlussfolgerungFeisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsCuundAgabereinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
bEinKupferblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinjanein
SchlussfolgerungCuisteinstaumlrkeresReduktionsmittelalsAgAgistedler(gibtwenigergerne-ab)alsCuCu2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsAg+
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
63
cEinSilberdrahtwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
neinneinneinnein
SchlussfolgerungAgistdasschwaumlchsteReduktionsmittelAg+istdasstaumlrksteOxidationsmittel
dEinZinkblechwirdjeweilsinfolgendeSalzloumlsungengetauchtSalzloumlsung Reaktion
FeSO4(aq)CuSO4(aq)AgNO3(aq)ZnSO4(aq)
jajajanein
SchlussfolgerungZnistdasstaumlrksteReduktionsmittelZn2+istdasschwaumlchsteOxidationsmittel
FuumlhrtmandieVersuchemitweiterenMetallendurchdannerhaumlltmandieRedoxreihederMetalle
StaumlrkedesReduktionsmittels
wirdgroumlszliger
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
darr
AuAu3+HgHg2+AgAg+CuCu2+PbPb2+SnSn2+NiNi2+FeFe2+ZnZn2+AlAl3+
MgMg2+NaNa+CaCa2+
KK+
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
uarr
StaumlrkedesOxidationsmittelswirdgroumlszliger
FunktionsweisederRedoxreihefreiwillige(spontane)undunfreiwilligeRedoxreaktionenReduktionsmittels
wirdstaumlrkerdarr
darrRed2Ox2Red1Ox1
uarr
uarrOxidationsmittelwirdstaumlrker
BeispielebullEinZinkstabwirdineineNatriumsulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstatt
DieRest-AnionenderSalze(hierdasSulfat-Ion)spielenbeidiesenReaktionenkeineRolleundkoumlnnenignoriertwerdenAus der Redoxreihe entnimmt man die Redoxpaare welche an der Reaktion teilnehmen koumlnnen undunterstreichtdieReinstoffewelcheimReaktionsgemischvorhandensindZnZn2+
NaNa+
ImReaktionsgemisch sind das schwaumlchsteReduktionsmittel (Zn) und das schwaumlchsteOxidationsmittel(Na+)vorhandenesfindetkeineReaktionstatt
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
64
bullEinZinkstabwirdineineKupfer(II)-sulfat-LoumlsunggetauchtFindeteinespontaneRedoxreaktionstattCuCu2+
ZnZn2+
Im Reaktionsgemisch sind das staumlrkste Reduktionsmittel (Zn) und das staumlrkste Oxidationsmittel (Cu2+)vorhandendieseReaktionverlaumluftspontanCu2+ + 2e- Cu e--Aufnahme Reduktion
Zn Zn2+ + 2e- e--Abgabe Oxidation
Cu2++ZnrarrCu+Zn2+ e--Austausch Redoxreaktion
AufgabeGibjeweilsanobeineRedoxreaktionstattfindetGibdieTeilgleichungenunddieRedoxgleichungfuumlrdiespontanenReaktionenanbullEinGolddrahtwirdineineKaliumsulfat-Loumlsunggetaucht
bullEinSilberdrahtwirdineineGoldsalz-Loumlsunggetaucht
bullEinEisennagelwirdineineSilbernitrat-Loumlsunggetaucht
bullIneineEisen(II)-sulfat-LoumlsungwirdeinMagnesiumbandgetaucht
bullEinZinnblechwirdineineZink(II)-sulfat-Loumlsunggetaucht
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
65
gGalvanischeZellenfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispieldieDaniell-Zelle
uarrDiaphragma(poroumlseTrennwand)
verhinderteinschnellesVermischenderLoumlsungen
EsflieszligtStromeinespontaneRedoxreaktionlaumluftabCuCu2+ rechteHalbzelle
ZnZn2+ linkeHalbzelle
Zn Zn2+ + 2e- Ox Anode ⊖-Pol
Cu2+ + 2e- Cu Red Kathode oplus-PolZn+Cu2+rarrZn2++Cu
In galvanischen Zellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wenn man beideHalbzellen miteinander verbindet Handelsuumlbliche Batterien sind nach demselben Prinzip aufgebautauszligerdassmandieLoumlsungendurchGelsoderstromleitendePulverersetzt
AufgabeGibjeweilsanwelcheRedoxreaktioneninfolgendengalvanischenZellenablaufenbullEineHalbzelleinwelchereinSilberdrahtineineSilbernitrat-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinKupferblechineineKupfer(II)-sulfat-Loumlsungtauchtverbunden
bullEineHalbzelleinwelchereinEisennagelineineEisen(II)-sulfat-loumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinZinndrahtineineZinn(II)-nitrat-Loumlsungtauchtverbunden
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
66
hElektrolysenunfreiwilligeRedoxreaktionen
bullBeispielElektrolyseeinerwaumlsserigenZinkbromidloumlsung(Zn2+(aq)+Br-(aq))anPlatinelektroden
Br-Br2 107V
ZnZn2+ -076V
Br-isteinschwaumlcheresReduktionsmittelalsZnZn2+isteinschwaumlcheresOxidationsmittelalsBr2einespontaneRedoxreaktionfindetnichtstattNachAnlegeneinerSpannungbildetsichjedochBromamoplus-PolundZinkam⊖-Poloplus-Pol 2Br-(aq) Br2(l) + 2e- Oxidation Anode
⊖-Pol Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) Reduktion Kathode
Zn2++2Br-rarrZn(s)+Br2(l) RedoxreaktionrArr DiePlatinelektrodenwerdenanderOberflaumlcheveraumlndert (chemischePolarisation)manerhaumllt eine
Brom-undeineZink-ElektroderArr NachUnterbrechungderSpannunghoumlrtdieElektrolyseaufmanerhaumllteingalvanischesElement
DasstaumlrksteOxM(Br2)reagiertmitdemstaumlrkstenRedM(Zn)ineinerspontanenReaktion
Br-Br2ZnZn2+
oplus-Pol Br2(l) + 2e- 2Br-(aq) Reduktion Kathode
⊖-Pol Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Oxidation Anode
Zn(s)+Br2(l)rarrZn2++2Br-(aq) Redoxreaktion
DieElektrolyseistdieUmkehrungderineinemgalvanischenElementfreiwilligunterAbgabeelektrischerEnergieablaufendenRedoxreaktionDieseElektrolysewirddurchdieZufuhrelektrischerEnergieerzwungen
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
67
Aufgaben1ElektrolyseeinerKupfer(II)-chlorid-LoumlsungmitGraphitelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
2EineHalbzelleinwelchereinZinndrahtineineZinnchlorid-LoumlsungtauchtwirdmiteinerHalbzelleindereinEisenblechineineEisen(II)-sulfat-LoumlsungtauchtverbundenGibeineschematischeDarstellungderVorgaumlngeineinemU-RohrmitDiaphragmaanundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionendieanderAnodeundderKathodeablaufenan
3ElektrolyseeinerZink(II)-iodid-LoumlsungmitPlatinelektrodenGibeineschematischeDarstellungderElektrolyseineinemU-RohranundgibdieTeilgleichungenfuumlrdieReaktionenwelcheanderAnodeundderKathodeablaufenan
- 3GIG Chemie Kursus fuumlr die 11 Klasse Edition 2018
-
