Was unterscheidet ein heterogenes von einem homogenen Gemisch? Nutzen Sie für Ihre
Antwort den Begriff der Phase.
Ein homogenes Gemisch besteht aus einer Phase, ein heterogenes Gemisch aus mehreren Phasen.
Was unterscheidet eine Verbindung von einem Molekül?
Eine Verbindung besteht aus mindestens zwei verschiedenen Elementen, ein Molekül
aus mindestens zwei Atomen, die durch kovalente Bindungen miteinander verbunden
sind. Insofern ist das Stickstoffmolekül N2 ein Molekül, aber keine Verbindung.
Nennen Sie den Dispersionstyp für folgende Dispersionen:
• Fetttröpfchen in Wasser
• Smog
• Trüber Tümpel
• Fetttröpfchen in Wasser: Emulsion
• Smog: Aerosol
• Trüber Tümpel: Suspension
Auf welchem Trennprinzip beruht
(a) die Abtrennung von Rußpartikeln aus Abgasen von Dieselmotoren
Filtration. Die Rußpartikel im Abgas eines Dieselmotors sind sehr fein und liegen im
Bereich 10 nm bis 100 nm. Das Einatmen von derartigen Nanopartikeln ist stark ge-
sundheitsgefährdend. Daher müssen diese Partikel aus dem Abgas entfernt werden.
Dies geschieht durch Filtration. Die Rußfilter bestehen entweder aus keramischen Ma-
terialien oder aus Metall.
die Entfernung von Lösungsmitteldämpfen aus der Abluft mittels Aktivkohle
Adsorption. Aktivkohle ist ein poröses aus reinem Kohlenstoff bestehendes Material,
das hydrophoben Lösungsmittelmoleküle adsorbieren kann. Adsorption ist ein Prozess,
bei dem Atome oder Moleküler an der Oberfläche eines Festkörpers durch chemische
oder physikalische Bindungen festgehalten bleiben.
das Abgießen von Qualitätswein vor dem Genuss zur Abtrennung von eventuell entstan-
denem Weinstein
Dekantieren. Weinstein ist ein kristallines Material, welches sich aus Weinsäure und
Kalium bildet (Kaliumtartrat). Er ist in Wasser schwer löslich und fällt daher aus.
Beim Dekantieren wird der Wein vorsichtig in ein anderes Gefäß umgefüllt, ohne dass
der Weinstein mit umgefüllt wird.
die Gewinnung von verschiedenen Erdölfraktionen
Destillation. Erdöl ist ein Gemisch aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen. Diese kön-
nen durch Destillation in verschiedene Fraktionen getrennt werden. Die Fraktionen
unterscheiden sich in ihrem Siedepunkt und können daher durch Destillation getrennt
werden. Dies geschieht großtechnisch in einer Raffinerie.
die Gewinnung von Duftstoffen aus Pflanzenteilen (z. B. das Einlegen von Rosenblüten-
blättern in Alkohol)
Extraktion. Die Duftstoffe in den Pflanzenteilen sind in der Regel lipophil, d.h. sie
lösen sich gut in organischen Lösungsmitteln. Aus den Pflanzenteilen können durch
kontinuierliche Extraktion durch Lösungsmittel wie Pentan oder überkritisches CO2
Duftstoffe gewonnen werden.
Auf welchen Postulaten beruht das Bohrsche Atommodell
• Das Elektron bewegt sich auf einer Kreisbahn um den Kern
• Der Drehimpuls ist ein ganzzahliges Vielfaches des Planckschen Wirkungsquan-
tums
• Elektronen können nur von einer Bahn in eine andere springen und nehmen
dabei eine wohl definierte (d.h. quantisierte) Energiemenge auf oder geben diese
ab
Welches war die große Leistung des Bohrschen Atommodells? Nennen Sie mindestens drei
Unzulänglichkeiten des Modells.
• Das Bohr-Modell vermag die Spektrallinien des Wasserstoffatoms weitgehend zu
erklären.
• Eine beschleunigte Ladung sollte Strahlung abstrahlen (siehe Postulat 1)
• Das Bohrmodell funktioniert nur für das Wasserstoffatom. Für Atome mit meh-
reren Elektronen sind die Werte nicht gültig.
• Chemische Bindungen sind nicht zu erklären
• Die Aufspaltung von Spektrallinien unter dem Einfluss eines äußeren Magnet-
felds (Zeeman Effekt) kann nicht erklärt werden
Benennen Sie die Quantenzahlen n, l, ml und ms. Geben Sie die Eigenschaften an, die
durch die jeweilige Quantenzahl beschrieben werden.
• n Hauptquantenzahl: beschreibt die Größe und die Energie des Orbitals
• l Nebenquantenzahl: beschreibt die Form des Orbitals
• ml magnetische Quantenzahl: beschreibt die Orientierung des Orbitals im Raum
• ms Spinquantenzahl: beschreibt den Spin des Elektrons
Welche Quantenzahlen l, ml und ms sind für n = 2 möglich?
• l ≤ n− 1 Nebenquantenzahl: l = 0, 1
• ml magnetische Quantenzahl: ml =−l, . . . , 0, . . . , l=−1, 0, 1
• ms Spinquantenzahl: ms = ± 1/2
Was sagen das Pauli-Prinzip bzw. die Hundsche-Regel aus?
• Pauli-Prinzip: In einem Atom können sich zwei Elektronen in einem Orbital nur
dann aufhalten, wenn sie sich in mindestens einer Quantenzahl unterscheiden.
• Hundsche-Regel: Bei der Besetzung von Orbitalen gleicher Energie werden zu-
nächst alle Orbitale einfach besetzt, bevor ein Orbital doppelt besetzt wird.
Warum befinden sich im Lithium-Atom nicht alle drei Elektronen im energieärmsten 1s-
Zustand?
Das Pauli-Prinzip besagt, dass sich zwei Elektronen in einem Orbital nur dann auf-
halten können, wenn sie sich in mindestens einer Quantenzahl unterscheiden. Da das
1s-Orbital nur zwei Elektronen aufnehmen kann, muss das dritte Elektron in ein an-
deres Orbital mit höherer Energie, nämlich das 2s-Orbital.
Definieren Sie Ionisierungsenergie.
Die Ionisierungsenergie eines Atoms ist die Mindestenergie, die benötigt wird, um ein Elek-
tron vollständig aus dem Atom zu entfernen
Die Abbildung zeigt den Verlauf der 1. Ionisierungsenergie für die Elemente der 2. Periode.
Warum treten bei den Elementen Beryllium und Stickstoff Maxima auf?
Allgemein nimmt die Ionisierungsenergie von links nach rechts im Periodensystem zu, d.h.
die steigende Ordnungszahl der Elemente führt zu einer erhöhten Kernladungszahl, die
Abschirmung der Kernladung durch Elektronen gleicher Hauptquantenzahl n ist nicht sehr
effizient. Allerdings gibt es spezielle Elektronenkonfigurationen, welche besonders stabil
sind. Diese sind für die Hauptgruppenelemente die s2 (voll besetztes s-Orbital) und die
s2p3 (halb besetztes p-Orbital) Konfiguration
Ordnen Sie die Werte 4,339 eV, 5,390 eV, 5,138 eV, 3,893 eV und 4,176 eV den Elementen Lithi-
um, Natrium, Kalium, Rubidium und Caesium zu. Begründen Sie die Zuordnung und berechnen
Sie die entsprechenden Werte in kJ mol−1.
Zuordnung: Li 5,390; Na 5,138; K 4,339; Rb 4,176; Cs 3,893 eV
Für die Umrechnung in kJ mol−1 gilt 1 eV = 96,486 kJ mol−1:
5.390 eV = 520.06 kJ/mol
5.138 eV = 495.74 kJ/mol
4.339 eV = 418.65 kJ/mol
4.176 eV = 402.92 kJ/mol
3.893 eV = 375.62 kJ/mol
Begründung: Die Atomradien nehmen zu, der Abstand der Außenelektronen vom Kern wird
größer, d.h. die Coulomb Energie der Valenz-Elektronen ist deutlich niedriger, die benö-
tigte Energie zur Entfernung eines Elekrons (=Ionisierungsenergie) folgt also dem Muster
Lithium >Natrium >Kalium >Rubidium >Caesium.
Was versteht man unter der Gitterenergie eines Ionenkristalls?
Die Gitterenergie ist die Energie, die frei wird, wenn sich die Ionen aus
unendlicher Entfernung, d.h. aus einem Zustand ohne Coulumb Anziehung, einander
nähern und einen Kristall bilden.
Wofür steht die Abkürzung VSEPR und welche Annahmen liegen dem VSEPR-Modell zugrunde?
• VSEPR: Valence Shell Electron Pair Repulsion
• Beim VSEPR Modell handelt es sich um eine stark vereinfachte Theorie, wel-
che es erlaubt die Bindungsgeometrie um ein Zentralatom herum vorherzusagen.
Dabei nimmt man an, dass sich die Valenzelektronenpaare gegenseitig abstoßen.
Die Elektronenpaare werden sich derart um das Zentralatom anordnen, dass sie
maximal weit voneinander entfernt sind. So ergibt sich die Bindungsgeometrie.
Weiterhin nimmt man an, dass nicht-bindende Elektronenpaare eine stärker ab-
stoßende Wirkung haben als bindende Elektronenpaare.
Diskutieren Sie die Überlappung von Hybridorbitalen im Gegensatz zu der Überlappung
von Atomorbitalen.
In der Valenzbindungstheorie kann gezeigt werden, dass die Überlappung der Orbitale
zunimmt, wenn man diese hybridisiert. Dies überkompensiert die notwendige Anre-
gungsenergie der s-Atomorbitale.
Zeichnen Sie alle Hybridorbitale, die bei der Hybridisierung eines s- und eines p-Orbitals
entstehen. Wie bezeichnet man diese Orbitale?
Die Orbitale werden als sp-Hybridorbitale bezeichnet.
Beschreiben Sie die Bindungssituation des Ethenmoleküls C2H4 mit dem Valence Bond
Konzept. Geben Sie die Hybridisierung der Kohlenstoffatome an und zeichnen Sie eine
Skizze des Moleküls inkl. der Valenzorbitale am Kohlenstoff und am Wasserstoff.
Die Kohlenstoffatome sind sp2 hybridisiert. Im Schema sind die unhybridisierten pz-
Orbitale gezeigt, sowie die an der C-C sigma Bindung beteiligten sp2-Orbitale. Für das
linke C Atom sind zudem auch die an den C-H Bindungen beteiligten C-H Bindungen
gezeigt (für das rechte C Atom weggelassen, damit die Übersichtlichkeit nicht zu sehr
leidet)
Ordnen Sie folgende Verbindungen nach abnehmender Elektronegativitätsdifferenz der
Bindungspartner: H2O, CH4, MgO, NaF. Nehmen Sie hierfür das Periodensystem zur Hilfe
NaF > MgO > H2O > CH4
Ordnen Sie die Verbindungen aus Aufgabe 2 a) nach abnehmender Bindungspolarität.
Geben Sie an, welche folgenden Moleküle einen Dipolmoment besitzen: H2O, CO2, NH3,
CF4.
sind Dipole: H2O, NH3; keine Dipole (bedingt durch Symmetrie): CO2, CF4
Geben Sie die griechischen Zahlensilben von Eins bis Zehn an.
mono, di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, octa, nona, deca
Geben Sie die Namen folgender Verbindungen an: As2O3, KHSO4, NaH2PO4.
Diarsentrioxid, Kaliumhydrogensulfat, Natriumdihydrogenphosphat
Geben Sie die Namen für folgende Anionen an: SO2– 4 , SO2– 3 , S2–, NO– 3 , NO– 2.
Sulfat, Sulfat, Sulfid, Nitrat, Nitrit
Geben Sie die Summenformel folgender Verbindungen an: Calciumdifluorid, Dinatrium-
hydrogenphosphat, Schwefeltetrafluorid, Diammoniumcarbonat, Dialuminiumtrioxid, Ter-
traphosphordecaoxid.
CaF2, Na2HPO4, SF4, (NH4)2CO3, Al2O3, P4O10
Geben Sie die ausgeglichenen Reaktionsgleichungen für die Reaktion der Elemente zu folgenden Verbindungen an: Aluminiumtrichlorid, Dinatriumoxid und Wasser.
• 2 Al + 3 Cl2 −−→ 2 AlCl3
• 4 Na + O2 −−→ 2 Na2O
• 2 H2 + O2 −−→ 2 H2O
Wie lautet die Gibbs-Helmholtz-Gleichung? Benennen Sie alle darin vorkommenden Größen.
∆G = ∆H− T ∆S
• ∆G: freie Enthalpie
• ∆H: Enthalpie
• ∆S: Entropie
Von welchen Parametern hängt die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion ab?
• Konzentration der Edukte
• Temperatur
• Aktivierungsenergie
• Druck
• Oberfläche
• Katalysator
Erhöht sich durch den Katalysator die NH3-Konzentration im Gleichgewicht?
Nein, der Katalysator hat keinen Einfluss auf die Gleichgewichtskonzentration. Ein
Katalysator verändert NICHT die Lage des chemischen Gleichgewichts. Er verändert
den Reaktionsmechanismus und damit die Reaktionsgeschwindigkeit. Stellen Sie sich
als stark vereinfachtes Beispiel den Brennerbasistunnel vor. Sie werden mit der Bahn
viel schneller von Innsbruck nach Bozen gelangen. Der Höhenunterschied zwischen
Bozen und Innsbruck bleibt aber gleich.
Bewirkt der Katalysator eine schnellere Gleichgewichtseinstellung?
Ja, der Katalysator beschleunigt die Hin- und Rückreaktion gleich stark. Die Gleich-
gewichtseinstellung erfolgt schneller.
Ändert der Katalysator den Reaktionsmechanismus?
Ja, der Katalysator senkt die Aktivierungsenergie der Hin- und Rückreaktion. Die
Reaktion verläuft über einen anderen Reaktionsmechanismus.
Könnte man bei dieser Reaktion durch Temperaturerhöhung die NH3-Konzentration im
Gleichgewicht erhöhen?
Nein. Die Reaktion ist exotherm. Durch Temperaturerhöhung wird das Gleichgewicht
auf die Seite der Edukte verschoben. Die NH3-Konzentration im Gleichgewicht nimmt
ab.
Kann man die Gleichgewichtskonzentration von NH3 durch Druckänderung beeinflussen?
Ja. Die Reaktion ist mit einer Volumenabnahme verbunden. Durch Druckerhöhung
wird das Gleichgewicht auf die Seite der Produkte verschoben. Die NH3-Konzentration
im Gleichgewicht nimmt zu.
In welcher Häufigkeit tritt Wasserstoff im Kosmos und in der Erdkruste auf?
Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum mit 2/3 der Gesamtmasse. In der
Erdkruste ist Wasserstoff das zehnthäufigste Element.
Wie sehen F2, Cl2, Br2 und I2 bei Raumtemperatur aus?
• Fluor F2 ist ein gelbliches, stechend riechendes, giftiges und sehr reaktives Gas.
• Cl2 ist ein grünlich-gelbliches, charakteristisch riechendes, giftiges und reaktives Gas.
• Br2 ist eine rotbraune, stechend riechende, giftige und reaktive Flüssigkeit.
• I2 ist ein violetter Feststoff.
Nennen Sie jeweils das Hauptvorkommen von F2, Cl2, Br2 und I2 in der Natur. Kann man in
der Natur elementare Halogene vorfinden?
Keines der Halogene kommt in der Natur elementar vor, da die Halogene zu reaktiv sind.
Sie kommen nur in Form von Halogeniden oder in oxidierter Form, also ihren Sauerstoff-
verbindungen - den Anionen der Halogensauerstoffsäuren, vor.
• Fluor kommt in der Natur vor allem Fluorid z.B. im Flussspat vor CaF2
• Chlor kommt ebenfalls nur als Anion, also als Chlorid vor, vor allem als gut lösliches
als NaCl oder KCl
• Brom ist deutlich seltener als Chlor und kommt vor allem als KBr (in Meerwasser)
vor
• Iod kommt als Iodat vor, z.B. NaIO3 (Natriumiodat) als Bestandteil des Chilesalpe-
ters
Gegeben sind die Verbindungen PCl3, CCl4 und MgCl2. Handelt es sich bei der jeweiligen
Verbindung um eine ionische, kovalente oder metallische Bindung zwischen dem Halogen und
dem Bindungspartner?
Bei PCl3 und CCl4 handelt es sich um Moleküle mit kovalenter Bindung. Bei MgCl2 handelt
es sich um ein Salz mit ionischer Bindung. Man erkennt dies an den Elektronegativitäts-
differenzen. EN(P) = 2.19, EN(C) = 2.55, EN(Mg)=1.31, EN(Cl)=3.16. Im Fall der P-Cl
Bindung handelt es sich um einer relativ stark polarisierte kovalente Bindung. Das bedeutet,
dass erhebliche Partialladungen auf den Bindungspartnern auftreten. Die Strukturformeln
zu den kovalenten Verbindungen sind
Weshalb hat H2O einen höheren Siedepunkt als die analogen Verbindungen der anderen Ele-
mente der 16. Gruppe?
Stärkere Wasserstoffbrückenbindungen treten nur zwischen F-H…F, H-O…H oder N-H…N
auf (die Wasserstoffbrückenbindung ist dabei gestrichelt dargestellt). Generell sind die Be-
dingungen für das Auftreten von starken H-Brückenbindungen: a) eine große Differenz der
Elektronegativität zwischen dem Wasserstoffatom und dem Bindungspartner und b) ein
freies Elektronenpaar am Bindungspartner. Da Wasser die höchste Elektronegativität in
der 16. Gruppe hat, ist die Differenz zwischen H-O am größten. Außerdem hat Was-
ser zwei freie Elektronenpaare, die als H-Brücken Akzeptoren fungieren können, d.h. dass
Wasser zwei Wasserstoffbrückenbindungen pro Molekül ausbilden kann.
Sie finden ein mit einem Deckel verschlossenes Gefäß. Sie wissen, dass es sich bei dem Inhalt
um Sauerstoff oder Stickstoff handeln muss. Wie finden Sie heraus, welches Gas enthalten ist?
Sie halten einen glimmenden oder brennenden Holzstab in das geöffnete Gefäß. Erlischt
das Feuer, handelt es sich um Stickstoff. Leuchtet die Flamme auf, handelt es sich um
Sauerstoff. Dieser Test wird auch Glimmspanprobe genannt.
Wie wird Orthophosphorsäure industriell hergestellt?
Phosphorsäure ist eine äußerst wichtige Chemikalie, welche in sehr großen Mengen herge-
stellt wird. Dazu setzt man Hydroxyapatit, ein Calciumphosphat, mit Schwefelsäure um.
Dabei entsteht Calciumsulfat, welches als Gips abgetrennt wird, und Orthophosphorsäure.
Ca5(PO4)3OH + 3 H2SO4 3 CaSO4 + H3PO4 + 3 H2O
Phosphorsäure ist sehr hygroskopisch. Der Begriff hygroskopisch bedeutet, dass die Sub-
stanz Wasser aus der Umgebungsluft anzieht. Dies ist auch der Grund, weshalb Phos-
phorsäure in Form von Phosphorsäurelösungen gehandhabt wird. Die Konzentration der
Phosphorsäurelösung wird in Gewichtsprozent angegeben. Eine 85 %ige Phosphorsäurelö-
sung enthält also 85 g Phosphorsäure pro 100 g Lösung. Die Lösung besteht also zu 15 %
aus Wasser und zu 85 % aus Phosphorsäure.
Geben Sie die Gleichung für die Reaktion von Wasser mit CaC2 (Calciumcarbid) an.
Calciumcarbid reagiert mit Wasser zu Calciumhydroxid und Acetylen (Ethin), welches als gas entweicht.
CaC2 + 2 H2O —> Ca(OH)2 + C2H2↑
Kohlenstoffdioxid (CO2) liegt bei Raumtemperatur gasförmig vor.
(a) Welche Eigenschaften hat dieses Gas?
CO2 ist ein farbloses und geruchloses Gas. Es brennt nicht und kann daher als Feu-
erlöschmittel genutzt werden. Weiterhin ist CO2 schwerer als Luft und sammelt sich
am Boden.
Geben Sie ein Beispiel für die Nutzung von Kohlenstoffdioxid an.
• CO2 wird in der Lebensmittelindustrie genutzt, um zum Beispiel sprudelnde
Getränke herzustellen.
• CO2 wird als Schutzgas für verderbliche Lebensmittel genutzt (z.B. Äpfel).
• CO2 wird in Feuerlöschern genutzt.
• Überkritischer CO2 wird als Lösungsmittel genutzt, um z.B. Kaffee zu entkoffeinieren.
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