Prüfungsfragen zu VO Allgemeine Chemie, Prof. Malissa

Aus BioSalzburg

Schriftliche Prüfungen

Anmerkung zu allen Prüfungen:

Bei allen Resultaten von Berechnungen ist auch die richtige Einheit anzugeben, wenn eine solche existiert.
Achten Sie bei allen Resultaten von Berechnungen auf eine vernünftige Anzahl von signifikanten Stellen.
Endresultate ohne erkennbaren Rechengang werden nicht anerkannt.

Außerdem erhält man:
- Formelsammlung
- Periodensystem
- Tabellen mit Konstanten, EN-Werten, pKs-Werten, Ionen- und Atomgrößen, Gefrier- und Siedepunktswerten

15.02.2008, Gruppe A

1. Stöchiometrie

Butan enthält lediglich C und H. Zur Bestimmung der Formel wird eine Probe von Butan verbrannt und 3,029g CO₂ sowie 1,549g H₂O erhalten.
a. Berechnen Sie die empirische Formel von Butan.
b. Berechnen Sie die Summenformel, wenn die molare Masse mit 58,12g/mol bestimmt wurde.

2. Stöchiometrie und Gasgesetze

a. Wieviel mol O₂ sind in einer Stahl-Druckflasche mit einem Volumen von 10,0L enthalten, wenn darin bei 25°C ein Druck von 200bar besteht?
b. Welches Volumen nimmt dieses Gas bei Normalbedingungen (1atm, 0°C) ein?

3. Kolligative Eigenschaften

Eine Lösung von 13,2g eines Stoffes in 250g CCl₄ (Tetrachlorkohlenstoff) gefriert bei -33,0°C. Reines CCl₄ gefriert bei -22,8°C. Berechnen Sie die molare Masse dieses Stoffes.

4. Säure-Basen-Gleichgewichte

a. Berechnen Sie den ph-Wert einer Phophat-Pufferlösung, die 0,600mol KH₂PO₄ und 0,400mol Na₂HPO₄ in 1,00L H₂O enthält.
b. Berechnen Sie weiters den ph-Wert, der sich einstellt, wenn man zu dieser Lösung 0,100mol NaOH hinzufügt.

5. Säuren und Basen

Erklären Sie die Zunahme der Säurestärken in den folgenden Reihen:

  PH₃ < H₂S < HCL
  HF < HCl < HBr < HI
  HClO < HCLO₂ < HClO₃ < HClO₄

(keine Trivialantworten! ;)

6. Die chemische Bindung

Bezeihnen Sie in jedem Paar von chemischen Bindungen die polare Bindung von beiden und zeigen Sie die Richtung der Polarität mit einem Pfeil an (pos. zu neg.; vermerken Sie ggf. unpolare Bindungen):

C - O
P - O
P - H
B - H
C - N
P - S
P - N
B - I

7. Molekulare Grundlagen der Stoffeigenschaften

Die Wasserstoffverbindungen der Elemente der 2. Periode -C,N,O,F- haben folgende Siedepunkte:
CH₄: -164°C
NH₃: -33°C
H₂O: +100°C
HF: +20°C

a. Erklären Sie diese großen Unterschiede, die bestehen, obwohl die Elemente im Periodensystem nebeneinander stehen und sich die molaren Massen der Verbindungen wenig voneinander unterscheiden.
b. Erklären Sie weiters, warum ausgerechnet H₂O den höchsten Siedepunkt hat.

8. Molekulare Grundlagen der Stoffeigenschaften

Die Raktion C(s) + CO₂(g) <=> 2CO(g) ist von links nach rechts endotherm. Im geschlossenen Gefäß stellt sich ein Gleichgewicht nach dieser Gleichung ein. Sagen sie voraus, in welche Richtung sich das Gleichgewicht bei folgenden Veränderungen verschiebt.
a. CO₂ wird zugefügt
b. C wird vermindert
c. Gsamtdruck wird erhöht (Kompression)
d. Temperatur wird erhöht

16.02.2007, Gruppe A

1. Stöchometrie

Octan, C8H18, ist ein Hauptbestandteil von Benzin. In Motoren verbrennt es bei Luftüberschuss mit Sauerstoff nach:

2 C8H18(l) + 25 O2(g) => 16 CO2(g) + 18 H2O(g)

Berechnen Sie die Masse an erzeugtem CO2, wenn 100g Octan verbrannt warden.

2. Gasgesetz

Sie haben eine Stahl-Gasflasche mit 10L Volumen, in der sich Sauerstoff mit einem Druck von 75bar befindet.

Wie lange können Sie damit einen Patienten beatmen, wenn der Verbrauch 3,0 L O2 pro Minute beträgt?

Annahme: der Vorgang findet bei Standardbedingungen statt: 0°C, 101,3kPa

3. Kolligative Eigenschaften:

Eine Lösung von 5,00g Pferde-Hämoglobin in 1,00L H20 hat einen osmotischen Druck von 0,182 kPa bei 25°C.

Berechnen Sie die molare Masse des Hb.

4. Das chemische Gleichgewicht:

Für die Reaktion

N2(g) + O2(g) <=> 2 NO(g)

ist Kc = 4,08 * 10^-4 bei 2000K

In welche Richtung verläuft die Reatkion, wenn 0,060 mol N2, 0,075 mol O2 und 2,5 * 10^-4 mol NO bei dieser Temperatur in einem 1L Gefäß vermischt werden?

5. Säuren – Basen:

Welche Säure ist von den folgenden Paaren jeweils die stärkere Säure?

H2Se HBr H2SO4 H2SO3 HF HCl HClO3 HJO3

Die volle Punktezahl wird nur vergeben, wenn zu jeder Auswahl auch eine kurze Begründung gegeben wird.

6. Säure-Basen Gleichgewicht:

Berechnen Sie den pH-Wert einer Phosphat-Pufferlösung, die 5,70g Na2HPO4 und 10,90g KH2PO4 in 1,000L H2O enthält.

7. Säure-Basen Gleichgewicht:

a) Formulieren Sie die Protolysereaktion von Ammoniak in Wasser. Bezeichnen Sie die konjugierten Säure-Basen Paare. b) Berechnen Sie den pH-Wert einer verdünnten Lösung von Ammoniak in Wasser mit einer Stoffmengenkonz. von 0,300 mol/L

8. Molekülstruktur:

Bei welchen der folgenden einfachen Molekülen ist ein Dipolmoment zu erwarten:

CH4 NH3 CO SF6

Die volle Punktezahl gibt es nur, wenn auch die richtige Erklärung angeboten wird.

17.02.2006, Gruppe A

Stöchiometrie:
Berechnen Sie die empirische Formel einer Verbindung mit folgender Elementarzusammensetzung in %-Massenanteil: C (60,00 %), H (4,48 %), O (35,52 %)
Gasgesetze:
Ein Gasgemisch von 0,465 g O₂ und 0,655 g N₂ hat einen Druck von 101,3 kPa (1 atm). Welchen Partialdruck hat jedes Gas?
Thermochemie:
Die alkoholische Gärung von Glucose (C₆H₁₂O₆) verläuft nach der Gleichung:
C₆H₁₂O₆ => 2 C₂H₅OH + CO₂
mit $\Delta H_R^0 = -67,0 \ kJ \cdot mol^{-1}$ (Glucose)
Welche Wärmemenge wird umgesetzt, wenn 1,00 L Wein entsteht, der 115,0 g Ethanol (C₂H₅OH) enthält?
Hinweis: Die Gärung findet im offenen Gefäß statt.
Kolligative Eigenschaften:
6,00 g einer Verbindung, die Nitrobenzol (Summenformel C₆H₅NO₂) sein soll, werden in 80,0 g Benzol gelöst und für diese Verbindung ein Gefrierpunkt von +2,36 °C gemnessen. Reines Benzol gefriert bei +5,48 °C. Berechnen Sie die molare Masse der Verbindung und beurteilen Sie, ob diese tatsächlich Nitrobenzol ist.
Kinetik:
Saccharose (C₁₂H₂₂O₁₁) zerfällt in saurer Lösung in Glucose und Fructose nach einer Reaktion 1. Ordnung.
Die Geschwindigkeitskonstante ist k = 0,208 h^-1 bei 25 °C.
Berechnen Sie die Halbwertszeit t_1/2.
Säure-Basen-Gleichgewichte:
Formulieren Sie die Protolysereaktion von Ammoniak in Wasser. Bezeichnen Sie die konjugierten Säure-Base-Paare.
Berechnen Sie den pH-Wert einer verdünnten Lösung von Ammoniak in Wasser mit der Stoffmengenkonzentration c₀(NH₃) = 0,300 mol/L.
Die chemische Bindung:
Stellen Sie die Valenzstrichformeln auf für folgende Moleküle oder Molekülionen:
NO, NO₃^-, N₂, CO₂
Berücksichtigen Sie dabei - wenn erforderlich - mesomere Grenzformeln, Formalladungen, nichtbindende Elektronenpaare, ungepaarte Elektronen.
Das chemische Gleichgewicht:
Für die Reaktion H₂ (g) + J₂ (g) <=> 2 HJ (g) ist K_C = 54,4 bei 425 °C.
In einem Einlitergefäß wird HJ bei dieser Temperatur bis zur Gleichgewichtseinstellung belassen. Welche Konzentrationen von H₂ und J₂ befinden sich im Gleichgewicht mi 0,25 mol/L HJ?

11.03.2005

Stöchiometrie
Welche empirische Formel hat die Verbindung mit folgender Zusammensetzung in %-Massenanteil: 63,14 % C, 5,31 % H, 31,55 % O
Stöchiometrie
Wenn Eisenpulver zu einer Silbersalzlösung gegeben wird, geht Eisen in Lösung und Silber scheidet sich ab:
Fe (s) + 2 Ag⁺ (aq) => Fe²⁺ (aq) + 2 Ag (s)
Welche Masse Fe (s) wird benötigt, um alles Silber aus 2,00 L einer Lösung mit c(Ag⁺) = 0,650 mol/L abzuscheiden?
Gasgesetze
1,00 kg festes CO₂ (Trockeneis) verdampft. Welches Volumen nimmt das Gas CO₂ bei Normalbedingungen (1 atm, 0 °C) ein?
Anm.: Für diese Rechnung wird CO₂ als ideales Gas angesehen.
Säuren und Basen
10,0 mL Schwefelsäure H₂SO₄ (w = 100 %, Dichte = 1,85 g/mL) werden in 500 mL H₂O gelöst.
Berechnen Sie die H₃O⁺-Konzentration in dieser Lösung.
Anm.: Für diese Rechnung wird die Dissoziation der H₂SO₄ in beiden Dissoziationsstufen als vollständig angesehen.
Massenwirkungsgesetz
Für die Reaktion 2 SO₂ (g) + O₂ <=> 2 SO₃ (g) ist K_C = 36,9 L/mol.
In welche Richtung beginnt die Reaktion abzulaufen, wenn man 0,050 mol SO₂, 0,030 mol O₂ und 0,125 mol SO₃ in einem 1 L Gefäß mischt?
Elementeigenschaften
Nach der Tabelle der Atom- und Ionenradien
a. nehmen in jeder Periode die Atomradien der Hauptgruppenelemente mit zunehmender Ordnungzahl ab,
b. sind die Radien der Kationen kleiner und die der Anionen größer als die der jeweiligen Atome.
Erklären Sie diese Verhalten.
Molekülgeometrie
SF₆ bildet einen Oktaeder. Erklären Sie das Zustandekommen dieser Anordnung als Folge der Hybridisierung am S-Atom.
Das Wassermolekül
a. Beschreiben Sie Struktur und Polarität des Wassermoleküls.
b. Warum ist der Bindungswinkel am Sauerstoff > 90° ?
c. Warum ist H₂O bei Raumtemperatur flüssig, H₂S mit ganz ähnlicher Geometrie, aber beinahe doppelt so großer Momasse, hingegen gasförmig?
Begründen Sie alle Aussagen!

11.02.2005, Gruppe A

Stöchiometrie
Harnstoff (in der Biochemie z.B. als Reagenz zur Denaturierung von Proteinen) wird aus CO₂ und NH₃ synthetisiert: CO₂ + 2 NH₃ => NH₂-CO-NH₂ + H₂O
Wieviel g NH₃ werden gebraucht, um 25,0 g Harnstoff bei vollständiger Umsetzung zu erzeugen (CO₂ im Überschuss)?
Stöchiometrie
Berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration c (in mol/L) einer wässrigen Lösung von 10,0 g Silbernitrat (AgNO₃) in 250 mL.
Gasgesetze
a. Wie viel mol N₂ sind in einer Stahl-Druckgasflasche mit einem Volumen von 50,0 L enthalten, wenn darin bei 25 °C ein Druck von 200 bar besteht?
b. Welches Volumen nimmt das Gas bei Normaldruck (1 atm) und Normaltemperatur (0 °C) ein?
Kinetik
Die Zerfallsreaktion von N₂O₅
2 N₂O₅ (g) => 4 NO₂ (g) + O₂ (g)
verläuft nach 1. Ordnung mit k = 0,15 s^-1.
a. Berechnen Sie die Halbwertszeit t_1/2.
b. Die Anfangskonzentration sei c₀(N₂O₅) = 0,10 mol/L. Berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration des Produkts NO₂, das sich nach t_1/2 gebildet hat.
Elektronenstruktur der Elemente
Schreiben Sie die Elektronenkonfiguration der Elemente Cr und Zn in ihren jeweiligen Grundzustand an.
Säuren und Basen
Welche Säure ist von den folgenden Paaren jeweils die stärkere Säure?
H₂Se - HBr
H₂SO₄ - H₂SO₃
H₃BO₃ - H₂CO₃
HClO₃ - HJO₃
Die volle Punktzahl wird nur vergeben, wenn zu jeder Auswahl auch eine kurze Begründung gegeben wird.
Molekülstruktur
Erkären Sie mit Hilfe der Orbitaltheorie, warum das Ethenmolekül (C₂H₄) planar gebaut ist.
Molekülstruktur
Berechnen Sie die Zahl der Bindungen und formulieren Sie mittels Valenzstrichformeln die Struktur und Mesomerie - inkl. Formalladungen - für das N₂O-Molekül.
Es ist linear aufgebaut mit der Reihenfolge NNO.

17.12.2004, Gruppe B

Stöchiometrie
Bestimmen Sie die Koeffizienten der Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Benzol, C₆H₆, mit Sauerstoff, O₂, zu CO₂ und H₂O (2 Edukte und 2 Produkte).
Stöchiometrie und Gasvolumina
Aus Carbonaten, z.B. Na₂CO₃, wird in wässriger Lösung mit Salzsäure, HCl, das Gas CO₂ freigesetzt.
Na₂CO₃ (aq) + 2 HCl (aq) => CO₂ (g) + 2 NaCl (aq) + H₂O
Welches Volumen CO₂ - gemessen bei 0 °C und 1 atm - entsteht aus 20,0 mg Na₂CO₃ bei vollständiger Umsetzung?
Anm.: CO₂ wird als ideales Gas behandelt.
Kinetik
Die Zerfallsreaktion von Stickstoffmonoxid, 2 NO (g) => N₂ (g) + O₂ (g), verläuft nach der 2. Ordnung. Bei zwei Temperaturen wurden jeweils die Geschwindigkeitskonstanten gemessen:
bei 1100 °C: k = 0,139 L.mol^-1.s^-1
bei 1200 °C: k = 0,679 L.mol^-1.s^-1
Berechnen Sie daraus die Aktivierungsenergie.
Die chemische Bindung
Ordnen Sie mithilfe der Elektronegativitäten die Bindungen nach zunehmender Polarität:
Cs-I, Ca-I, C-I, Cl-I
Säuren und Basen
2,50 g reine Schwefelsäure, H₂SO₄, werden in 500 mL H₂O aufgelöst. Berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration an H₃O⁺-Ionen in dieser Lösung.
Anm.: Bei dieser Verdünnung ist auch die 2. Dissoziationsstufe der H₂SO₄ vollständig.
Säuren und Basen
Wenn SO₂ in Wasser absorbiert wird, dann reagiert die Lösung sauer.
Wenn MgO in Wasser suspendiert wird, dann reagiert die Lösung basisch.
Erklären Sie dieses unterschiedliche Verhalten ausführlich mittels Reaktionsgleichungen (keine Trivialantworten).
Molekülaufbau und Stoffeigenschaften
Warum hat H₂O in der Reihe der Nichtmetallhydride der 2. Periode, C bis F, den höchsten Siedepunkt?
Ausfühliche Begründung.
Redoxreaktionen
Geben Sie die Oxidatiosnzahl des Schwefels in folgenden Verbindunge an:
H₂S, SO₃, H₂SO₃, H₂SO₄, Na₂S₂O₃
und des Wasserstoffs in folgenden Verbindungen:
H₂O₂, LiH, NH₃

Sammlung von Prüfungsfragen

Aufbau der Atome, Stoffeigenschaften

15. Die Wasserstoffverbindungen der Elemente der 2. Periode - C, N, O, F - haben folgende Siedepunkte:
CH₄: -164 °C, NH₃: -33 °C, H₂O: 100 °C, HF: 20 °C
a. Erklären Sie diese großen Unterschiede, obwohl die Elemente im Periodensystem nebeneinander liegen und sich die molaren Massen der Verbindungen nur wenig voneinander unterscheiden.
b. Erklären Sie weiters, warum gerade H₂O den höchsten Siedepunkt hat.

16. Wasserstoffgas emittiert bei entsprechender Anregung elektromagnetische Strahlung, die bei Zerlegung in einem Spektrometer ein Linienspektrum ergibt, in dem einzlene Serien von zusammengehörenden Linien erkennbar sind. Erklären und interpretieren Sie diese Erscheinung.

29. Welches derfolgenden Statements wird durch den photoelektrischen Effekt bestätigt? Begründen Sie Ihre Antwort!
- Der photoelektrische Effekt zeigt, dass Licht eine elektromagnetische Strahlung ist.
- Die Intensität eines Lichtstrahls ist eine Funktion seiner Frequenz.
- Licht besteht aus einem Strom von Teilchen, deren Energie E = h * f beträgt.

30. Skizzieren Sie das Phasendiagramm des H₂O.
a. Erklären Sie anhand dessen die Begriffe "Siedepunkt", "Gefrierpunkt", "Tripelpunkt" und "kritischer Punkt".
b. Erklären Sie, warum die Neigung der Schmelzkurve negativ ist (Anomalie des Wassers).
Anmerkung: Wenn die Skizze so oberflächlich ist, dass man nichts Eindeutiges entnehmen kann, wird sie als falsch gewertet.

31. Notieren Sie die Elektronenkonfigurationen folgender Ionen: Cu₊, Al₃₊, Fe₃₊, Zn₃₊

98. Beim Kalium ist die 2. Ionisierungsenergie etwa 7x größer als die 1. Ionisierungsenergie (3051 bzw. 419 kJ/mol). Beim Calcium ist die 2. Ionisierungsenergie etwa doppelt so groß wie die erste (1145 bzw. 590 kJ/mol). Warum ist der Unterschied beim Kalium größer als beim Calcium?

Chemische Bindung, Molekülgeometrie, Mesomerie

3. Sagen Sie mithilfe der Hybridisierng des Zentralatoms und der Valenzelektronenpaarabstoßungstheorie (VSEPR-Theorie) die Gestalt folgender Moleküle und Ionen voraus (eindeutige Skizzen!): AsF₅, TeF₅, CdBr₂, AsH₃

8. a. Beschreiben Sie Struktur und Polarität des Wassermoleküls.
b. Warum ist der Bindungswinkel am Sauerstoff > 90° ?
c. Warum ist H₂O bei Raumtemperatur flüssig, H₂S mit ganz ähnlicher Geometrie, aber beinahe doppelt so hoher Molmasse, hingegen gasförmig?
Begründen Sie Ihre Aussagen!

22. a. Formulieren Sie die mesomeren Grenzformeln des Nitrat-Ions. Erklären Sie anhand dieses Beispiels das Wesen der mesomerie (Resonanz)!
b. Wie groß ist die Formalladung am N-Atom und die Oxidationszahl des N-Atoms im Nitrat-Ion?

32. Geben Sie für jedes der folgenden Bindungspaare an, welche Bindung polarer ist und bezeichnen Sie die positiven und negativen Pole:
a. Li - F und Li - I
b. C - S und P - P
c. C - O und C - S
Begründen Sie Ihre Antworten!

47. a. Erklären Sie die Ausbildung von Wasserstoffbrücken auf Basis von Donator-Akzeptor-Wechselwirkungen.
b. Warum ist H₂O bei Raumtemperatur flüssig, H₂S mit ganz ähnlicher Geometrie, aber beinahe doppelt so hoher Molmasse, hingegen gasförmig?
c. Auftreten in der Biochemie (Beispiele)?

48. Beschreiben Sie das Ethenmolekül mit Valenzstrichformeln und durch Molekülorbitale, die durch Überlappung von Atomorbitalen entstehen.

58. Berechne die Zahl der Bindungen und formuliere die Mesomerie für das N₂O-Molekül. Es ist linear aufgebaut mit der Reihenfolge NNO.

64. Stellen Sie mithilfe der 8-N-Regel die Valenzstrichformel für Kohlenmonoxid (CO) auf und bestimmen Sie die Formalladungen, wenn es welche gibt.

69. SF₆ bildet einen Oktaeder. Erklären Sie das Zustandekommen dieser Anordnung als Folge der Hybridisierung am S-Atom.

74. Berechnen Sie den partiellen Ionencharakter der H-Br-Bindung aus dem gemessenen Dipolmoment µ und dem Bindungsabstand r. µ = 2,60 * 10^-30 C*m, r = 143 pm

80. Warum besitzt das NH₃-Molekül einen trigonal-pyramidalen Aufbau mit einem einsamen Elektronenpaar am N-Atom an der den H-Atomen entgegengesetzten Seite?

86. a. Beschreiben Sie Struktur und Polarität des Wassermoleküls; begründen Sie Ihre Aussagen.
b. Warum ist der Bindungswinkel am Sauerstoff > 90° ?
c. Beschreiben Sie die Vorgänge bei der Auflösung eines Salzes im Lösungsmittel Wasser.

100. Formulieren Sie die mesomeren Grenzformeln des Carbonat-Ions. Erklären Sie anhand dieses Beispiels das Wesen der Mesomerie (Resonanz).
Wie groß ist die Formalladung des C-Atoms und die Oxidationszahl des C-Atoms im Carbonat-Ion?

113. Erklären Sie die beiden Begriffe "Elektronegativität" und "Dipolmoment". Wie wird das Dipolmoment zahlenmäßig zum Ausdruck gebracht?

Gasgesetze

6. Das Gasvolumen wurde mit 231 mL gemessen; im Labor herrschten dabei 102,7 kPa Luftdruck und 25 °C Raumtemperatur. Berechnen Sie das Volumen bei Normalbedingungen (0 °C, 1 atm).

19. Ein Gasvolumen wurde mit 462 mL gemessen. Zum Zeitpunkt der Messung herrschten im Labor ein Luftdruck von 102,7 kPa und eine Temperatur von 25 °C. Berechnen Sie das Volumen bei Normalbedingungen.

35. Eine 10,0-L-Stahlflasche ist mit He bei 150 bar gefüllt. Wieviele Luftballons mit je 1,50 L Inhalt können damit aufgeblasen werden?
Der Druck in den Luftballoins beträgt 1,00 bar und in der Stahlflasche bleibt ein Restdruck von 1,00 bar.

50. Welches Volumen nehmen 5,00 g N₂O (g) bei 50 °C und 12,0 bar ein?

81. In einem Gasgemisch von Methan und Ethan hat CH₄ einen Partialdruck von 22,5 kPa und C₂H₆ einen von 16,5 kPa. Wie groß ist der Stoffmengenanteil eines jeden Gases?

92. Welche Dichte hat CH₄-gas bei 25 °C und 150 kPa?

119. Eine Stahlflasche mit 12,5 L Volumen enthält Methan (CH₄) mit einem Druck von 150 bar. Welches Volumen nimmt das Methan bei Normaldruck (1 atm) ein?

Ein Gasvolumen wurde mit 374 mL gemessen. Zum Zeitpunkt der Messung herrschten im Labor ein Luftdruck von 98,2 kPa und eine Temperatur von 30 °C. Berechnen Sie das Volumen bei Normalbedingungen (genau 0 °C, 1 atm).

Ein Instrument muss ständig mit N₂-Gas gespült werden. Bei 20 °C und Normaldruck (101,3 kPa = 1 atm) ist der Verbruahc 5,0 mL/min. Wie lange kann es mit einer handelsüblichen N₂-Gasflasche, die mit 50,0 L Inhalt und 200 bar Druck geliefert wird, theoretisch bertieben werden?

Kinetik

5. Berechnen Sie die Aktivierungsenergie für die Zerfallsreaktion N₂O₅ (g) => 2 NO₂ (g) + 1/2 O₂ (g) aus den beiden Geschwindigkeitskonstanten k₁ = 3,46 * 10^-5 s^-1 (bei 25 °C) und k₂ = 1,50 * 10^-3 s^-1 (bei 55 °C).

52. Die Zersetzung von N₂O₅ gemäß 2 N₂O₅ (g) => 4 NO₂ (g) + O₂ (g) verläuft nach der 1. Ordnung. Die Halbwertszeit t_1/2 beträgt 21,8 min bei 45 °C. Wie groß ist die Geschwindigkeitkonstante bei dieser Temperatur?

63. Beschreiben Sie den Reaktionsmechanismus der Reaktion von Methylbromid (CH₃Br) mit OH^--Ionen unter der Bildung von Methanol. Welchem Geschwindigkeitsgesetz gehorcht diese Reaktion?

87. Beschreiben Sie den Mechanismus der Kettenreaktion!

93. Die Reaktion von CH₃Br mit OH^--Ionen in alkoholischer Lösung unter Bildung von CH₃OH und Br^--Ionen verläuft nach einer Reaktion 2. Ordnung:
a. Formulieren Sie Reaktionsgleichung und Geschwindigkeitsgesetz.
b. Formulieren Sie den einstufigen Reaktionsmechanismus, nachdem diese Reaktion abläuft.
c. Wie nennt man diesen Reaktionstyp?

96. Die Reaktion 2 NO (g) => N₂ (g) + O₂ (g) ist 2. Ordnung mit k = 0,143 dm³/mol bei 1400 K und k = 2,509 dm³/mol bei 1600 K. Wie groß ist die Aktivierungsenergie?

107. a. Wie lautet das Geschwindigkeitsgesetz für eine Reaktion 1. Ordnung?
b. Was versteht man unter dem Begriff Aktivierungsenergie?
c. Wie kann die Aktivierungsenergie aus dem Geschwindigkeitsgesetz berechnet werden?

Kolligative Eigenschaften

2. Wenn man 4,32 g Naphthalin (C₁₀H₈) in 150 g Dibromethan (CH₂Br₂) auflöst, dann gefriert die Lösung bei 7,13 °C. Reines CH₂Br₂ gefriert bei 9,79 °C. Berechnen Sie die molale Gefrierpunktsernierdigung E_G des CH₂Br₂.

11. Reines Benzol gefriert bei +5,45 °C. Eine Lösung von 7,24 g einer Substanz, deren molare Masse unbekannt ist, gelöst in 115,3 g Benzol, gefriert bei +3,54 °C. Berechnen Sie die molare Masse der Substanz!

36. Ethylenglycol (C₂H₄(OH)₂) wird als Frostschutzmittel für Kühlwasser verwendet. Wieviel g Ethylenglycol müssen einem kg Wasser zugesetzt werden, damit die Mischung bei -15,0 °C gefriert?

61. Berechnen Sie den osmotischen Druck einer Lösung von 8,00 g Traubenzucker (C₆H₁₂O₆) in 1 L Wasser bei 20 °C.

77. Eine Lösung von 250 mg einer unbekannten Substanz in 30,0 g Tetrachlorkohlenstoff (CCl₄) hat einen Siedepunkt, der 0,327 °C höher ist als der von reinem CCl₄. Welche Molmasse hat die Substanz?

85. a. Wie entsteht der osmotische Druck einer Lösung und wie kann er experimentell gemessen werden?
b. Wie groß ist der osmotische Druck einer Lösung von 8,00 g Traubenzucker (C₆H₁₂O₆) in 1 dm³ Wasser bei 20 °C?

115. Was verstehen Sie unter den Begriffen "Dampfdruckerniedrigung", "Siedepunkterhöhung", "Gefrierpunkterniedrigung"?

Lösungs- und Komplexgleichgewichte

21. Wird Mg(OH) ausgefällt, wenn in einer Lösung, die Mg²⁺-Ionen mit c = 1,00 * 10^-3 mol/L enthält, der pH-Wert auf 9,0 eingestellt wird?

24. a. Formulieren Sie ein Komplexgleichgewicht Ihrer Wahl und diskutieren Sie anhand dieses Gleichgewichts die Begriffe "Liganden" und "Komplexitätskonstante".

28. Eine Lösung enthält Ag⁺- und Cl^--Ionen in folgenden Konzentrationen: c(Ag⁺) = 2,5 * 10^-5 mol/L und c(Cl^-) = 1,0 * 10^-5 mol/L
Berechnen Sie, ob aus dieser Lösung festes AgCl ausfällt, ob man darin mehr AgCl auflösen kann oder ob die Lösung genau den Sättigungszustand (Gleichgewicht mit festem AgCl-Bodenkörper) hat.

44. Berechnen Sie mithilfe des Löslichkeitsproduktes die Löslichkeit von Ag₂SO₄ in Wasser bei 25 °C, angegeben als Massenkonzentration β.

Berechne die Löslichkeit von SrSO₄ in einer Lösung von Natriumsulfat mit c(Na₂SO₄) = 0,020 mol/L. Das Resultat ist in mol/L und mg pro 100 mL anzugeben.

82. Wie groß ist die Löslichkeit von PbSO₄ in einer Lösung von Natriumsulfatmit mit c(Na₂SO₄) = 0,100 mol/dm³. Das Löslichkeitsprodukt von PbSO₄ bei 25 °C beträgt K_L = 1,5 * 10^-8 mol²dm^-6.

97. Nei 25 °C lösen sich 2,24 * 10^-9 mol FeS in 1 L Wasser. Wie groß ist das Löslichkeitsprodukt (Einheit!)?

102. Formulieren Sie ein Komplexgleichgewicht Ihrer Wahl und diskutieren Sie anhand dieses Gleichgewichts die Begriffe "Liganden" und "Komplexitätskonstante". Warum ist die Löslichkeit von AgCl in wässrigem NH₃ größer als in reinem Wasser?

Massenwirkungsgesetz, chemisches Gleichgewicht

7. Die Bildung von Schwefelwasserstoff (H₂S) aus den Elementen H₂ (g) + S (s) ist exotherm mit ΔH₀^f = 20,2 kJ/mol: H₂ (g) + S (s) => H₂S (g)
Im geschlossenen Gefäß stellt sich ein Gleichgewicht nach obiger Gleichung ein. Sagen Sie voraus, in welche Richtung sich das Gleichgewicht bei folgenden Änderungen verschiebt (links, rechts, keine Änderung):
a. S wird hinzugefügt
b. H₂ wird hinzugefügt
c. Druckerhöhung durch Volumsverminderung
d. Temperaturerhöhung

12. Für die Reaktion 2 SO₂ (g) + O₂ (g) => 2 SO₃ (g) ist die Gleichgewichtskonstante K_c = 36,9 L/mol bei 827 °C.
In welche Richtung beginnt die Reaktion abzulaufen, wenn man 0,050 mol SO₂, 0,030 mol O₂ und 0,125 mol SO₃ bei dieser Temperatur in einem 1-L-Gefäß mischt?

37. Die Reaktion C (s) + CO₂ (g) => 2 CO (g) ist von links nach rechts endotherm. Wie wird das Gleichgewicht beeinflusst, wenn
a. CO₂ (g) weggenommen wird?
b. C (s) zugesetzt wird?
c. die Temperatur erhöht wird?
d. der Druck verringert wird?

45. Die Reaktion NiO (s) + CO (g) => Ni (s) + CO₂ (g) ist von links nach rechts endotherm. Wie wird das Gleichgewicht beeinflusst, wenn
a. die Temperatur gesenkt wird?
b. der Druck erniedrigt wird?
c. CO (g) entfernt wird?
d. NiO (s) zugesetzt wird?

46. Die Reaktion C (s) + CO₂ (g) => 2 CO (g) ist von links nach rechts endotherm. Wie wird das Gleichgewicht beeinflusst, wenn
a. CO₂ (g) weggenommen wird?
b. Die Menge an C (s) vermindert wird?
c. die Temperatur erhöht wird?
d. der Druck verringert wird?

68. Für die Reaktion H₂ (g) + I₂ (g) => 2 HI (g) ist K_c = 54,4 bei 425 °C.
a. In einem 1-L-Gefäß wird HI (g) bei dieser Temperatur bis zur Gleichgewichtseinstellung belassen. Welche Konzentrationen von H₂ (g) und I₂ (g) befinden sich im Gleichgewicht mit 0,25 mol/L HI?
b. Welche Einheit hat K_c für dieses Gleichgewicht?

72. Das der technischen Ammoniaksynthese zugrunde liegende Gleichgewicht N₂ (g) + 3 H₂ (g) => 2 NH₃ (g) ist in Richtung der NH₃-Bildung exotherm mit ΔH = -92,4 kJ/mol.
a. Wie wird die NH₃-Ausbeut durch hohe/tiefe Drücke und hohe/tiefe Temperaturen beeinflusst? Begründen Sie Ihre Aussagen!
b. Welche Probleme ergeben sich in der technischen Synthese und wie kann Abhilfe gechaffen werden?

104. Für die Reaktion N₂O₄ (g) => 2 (g) wurden bei 25 °C folgende Kozentrationen für ein sich im Gleichgewicht befindliches Gemisch gefunden: c(N₂O₄) = 4,27 * > und c(NO₂) = 1,41 * 10^-2 mol/dm³.
Wie groß ist die Gleichgewichtskonstante K_c bei 25 °C? Geben Sie auch die richtige Einheit an.

Redox-Reaktionen

40. Br₂ disproportioniert in wässriger, alkalischer Lösung zu Bromid Br^- und Bromat BrO₃^-. Stellen Sie die vollständige Redoxgleichung auf.

84. Stellen Sie die Redoxgleichung zur Oxidation von Fe²⁺ zu Fe³⁺ durch Reduktion von MnO₄^- zu Mn²⁺ in saurer wässriger Lösung auf.
Wieviel g Kaliumpermanganat werden für 50,0 g Fe²⁺-Ionen benötigt?

106. a. Geben Sie die Oxidationszahl des Stickstoffs in folgenden Verbindungen an: NH₃, NO, NO₂, HNO₃
b. Geben Sie die Oxidationszahl des Wasserstoffs in folgenden Verbindungen an: H₂O, H₂O₂, HCl, MgH₂
c. Vervollständigen Sie folgende Redoxgleichung, die in saurer, wässriger Lösung abläuft: Cr₂O₇^- + Cl^- => Cr³⁺ + Cl₂

109. Geben Sie jeweils die Oxidationszahl an für: P in H₃PO₄; Bi in BiO⁺; Sn in K₂SnO₃; N in N₂H₄

(die Fragen zu den weiteren Kapiteln folgen in Kürze)

Säuren und Basen

4. Eine verdünnte wässrige Schwefelsäure- (H₂SO₄) Lösung hat einen pH-Wert von 1,7.
a. Berechnen Sie die H₃O⁺-Konzentration in diser Lösung. Annahmne: H₂SO₄ ist auch in der 2. Dissoziationsstufe eine starke Säure.
b. Berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration der H₂SO₄ in dieser Lösung.

13. a. Berechnen Sie den pH-Wert einer Phosphat-Pufferlösung, die folgende Konzentrationen enthält: c(Na₂HPO₄) = 45 mmol/L, c(KH₂PO₄) = 85 mmol/L.
b. Berechnen Sie den pH-Wert, der sich einstellt, wenn man in 1000 mL dieser Pufferlösung 1,00 g NAOH auflöst. Annahme: Keine Volums- bzw. Temperaturänderung bei der NaOH-Zugabe.

14. Wenn Regentropfen durch die Luft fallen, wird etwas CO₂ in ihnen gelöst. Bleibt das Wasser neutral oder führt dies zu einer schwach sauren oder basischen Reaktion? Begründen Sie Ihre Aussagen mithilfe von Reaktionsgleichungen.

20. Berechnen Sie den pH-Wert einer Lösung von Ammoniuncitrat in Wasser mit c = 0,100 mol/L.

23. Wenn SO₂ in Wasser absorbiert wird, reagiert die Lösung sauer. Wenn CaO in Wasser suspendiert wird, reagiert die Lösung basisch. Erklären Sie dieses unterschiedliche Verhalten ausführlich mittels Reaktionsgleichungen (keine Trivialantworten).

26. 73,0 g gasförmiges HCl wird in 500,0 mL H₂O eingeleitet und darin vollständig absorbiert. Berechnen Sie die Konzentrationen an H₃O⁺- und OH^--Ionen in dieser Lösung.

27. Aus Kaliumdihydrogenphosphat (KH₂PO₄) und Dinatrumhydrogenphosphat (Na₂HPO₄) soll eine Pufferlösung mit pH = 7,51 hergestellt werden.
a. Welches Stoffmengenverhältnis wird benötigt?
b. Sie haben in Ihrem Labor eine wässrige Lösung, die bereits 40,00 g KH₂PO₄ enthält. Wieviel g Na₂HPO₄ müssen Sie hinzufügen, um den gewünschten pH-Wert zu erhalten?

39. a. Formulieren Sie die Protolysereaktion von Ammoniak mit Wasser. Bezeichnen Sie die konjugierten Säure-Base-Paare.
b. Berechnen Sie den pH-Wert einer verdünnten Lösung von Ammoniak in Wasser mit einer Stoffmengenkonzentration von 0,500 mol/L.

43. 70,0 mmol einer schwachen Säure HA und 17,5 mmol ihren Na-Salzes wurden in 500 mL H₂O gelöst. Die Lösung hat einen pH-Wert von 3,66. Wie groß ist die Dissoziationskonstante K_S der schwachen Säure HA?

51. a. Berechnen Sie den pH-Wert einer Phosphat-Pufferlösung mit c(Na₂HPO₄) = 45 mmol/L und c(KH₂PO₄) = 85 mmol/L.
b. Berechnen Sie den pH-Wert, der sich einstellt, wenn man in 500 mL dieser Pufferlösung 1,05 g NaOH auflöst.

56. Gegeben ist eine verdünnte Phosphorsäure mit einer Gesamtkonzentration c₀ (H₃PO₄) = 0,10 mol/L. Berechne daraus die Konzentration c(H₃O⁺) und c(H₂PO₄^-).
Hinweise: Die Phosphorsäure gilt als mittelstarke Säure. Beachte die Unterschiede in den Säurekonstanten.

60. Berechnen Sie den pH-Wert des Äquivalenzpunktes bei der Titration von 100 mL einer Essigsäurelösung von c(HAc) = 0,100 mol/L mit einer NaOH-Maßlösung von c(NaOH) = 0,100 mol/L.

66. Berechnen Sie, wie sich der pH-Wert ändert, wenn man 1,00 mL einer HCl-Lösung mit c = 1,00 mol/L zu 100,0 mL einer Pufferlösung, bestehend aus Essigsäure und Natriumacetat mit ej c = 0,100 mol/L zusetzt.

67. Welchen pH-Wert hat eine verdünnte wässrige NH₃-Lösung mit c(NH₃) = 0,30 mol/L. pK_B(NH₃) = 4,75.

71. a. Beschreiben Sie die Wirkungsweise eines Säure-Basen-Indikators.
b. Bromkresolgrün hat einen pK_Ind von 4,6. Ist dieser Indikator für die Titration von Essigsäure mit NaOH geeignet?
Begründen Sie alle Aussagen!

78. a. Formulieren Sie die Protolysereaktion von Ammoniak mit Wasser. Bezeichnen Sie die konjugierten Säure-Base-Paare.
b. Berechnen Sie den pH-Wert einer verdünnten Lösung von Ammoniak in Wasser mit c(NH₃) = 0,30 mol/dm³. pK_B(NH₃) = 4,75

83. a. Berechnen Sie den pH-Wert einer Acetat-Pufferlösung, die folgendermaßen hergestellt wird: In 200 cm³ einer Essigsäure mit c = 1,00 mol/dm³ werden 16,4608 g Natriumacetat aufgelöst. Die Volumsänderung beim Auflösen wird nicht berücksichtigt.
b. Berechnen Sie en pH-Wert, nachdem man zu dieser Mischung 0,02 mol HCl hinzugefügt hat. Säurekonstante der Essigsäure K_S = 1,8 * 10^-5

90. a. Was verstehen Sie unter dem Begriff "Protolyse"?
b. Formulieren Sie die Protolysereaktion des Ammoniumions in Wasser. Welche sind die beiden korrespondierenden Säure-Base-Paare?
c. Berechnen Sie den pH-Wert einer Ammoniumchloridlösung mit c = 0,2 mol/dm³ (K- bzw. pK-Werte s. Tabelle)

94. Erklären Sie die Zunahme der Säurestärke in folgenden Reihen:
a, PH₃ < H₂S < HCl
b. H₂= < H₂S < H₂Se < H₂Te
c. HClO < HClO₂ < HClO₃ < HClO₄
(keine Trivialantworten)

95. Aus 0,028 mol einer schwachen Säure HA und 0,0081 mol des Na-Salzes dieser Säure NaA wurde eine Lösung mit einem Volumen von 0,200 dm³ hergestellt. Die pH-Messung ergibt pH = 3,72. Wie groß ist die Dissoziationskonstante K_S der Säure HA?

103. Berechnen Sie den pH-Wert einer Phosphat-Pufferlösung. In einem dm³ Lösung sind 13,61 g KH₂PO₄ und 14,20 g Na₂HPO₄ gelöst.
Die drei Säurekonstanten der Phosphorsäure sind:
K_S1 = 7,5 * 10^-3 mol/dm³
K_S2 = 6,2 * 10^-8 mol/dm³
K_S3 = 1,0 * 10^-12 mol/dm³

108. Berechnen Sie den pH-Wert einer Acetat-Puffermischung, die folgendermaßen hergestellt wird: In 100 cm³ Essigsäure mit c = 1 mol/dm³ werden 8,2034 g Natrumacetat gelöst.
b. Berechnen Sie den pH-Wert, nachdem man zur Mischung 0,01 mol NaOH hinzugefügt hat.
Die Essigsäure hat einen pK_S-Wert von 4,75.

110. Berechnen Sie:
a. den pH-Wert einer verdünnten Salzsäure mit c = 0,01 mol/L.
b. den pH-Wert einer verdünnten Essigsäure mit c = 0,01 mol/L.

112. a. Was verstehen Sie unter dem Begriff "Protolyse"?
b. Formulieren Sie die Protolysereaktion des Acetations mit Wasser. Welche sind die beiden korrespondierenden Säure-Base-Paare?
c. Berechnen Sie den pH-Wert einer Natriumacetatlösung mit c = 0,1 mol/L.

Stöchiometrie

1. Erzeugung von Aspirin aus Acetylsäure und Acetanhydrid: 2 C₇H₆O₃ (s) (Salicylsäure) + C₄H₆O₃ (l) (Acetanhydrid) => 2 C₉H₈O₄ (s) (Aspirin) + H₂O (l).
14,4 g Salicylsäure werden eingesetzt; es ist genügend Acetanhydrid vorhanden. Wieviel g Aspirin können theoretisch erhalten werden?

9. Methan verbrennt mit Sauerstoff vollständig zu CO₂ und H₂O: CH₄ (g) + 2 O₂ (g) => 2 H₂O (g) + CO₂ (g)
22,4 L CH₄-Gas werden verbrannt.
a. Welches Volumen O₂ wird benötigt und welche Volumina H₂O und CO₂ entstehen, wenn alle Volumina bei derselben Temperatur und demselben Druck gemessen werden?
b. Das entstandene H₂O wird kondensiert. Berechnen Sie das VOlumen von H₂O (l) bei 20 °C (Dichte von H₂O bei 20 °C: 1,00 g/mL).

10. Die Reduktion von Eisenerz im Hochofen läuft nach folgender Reaktion ab: Fe₂O₃ (s) + 3 CO (g) => 2 Fe (s) + 3 CO₂ (g)
a. Wieviel g CO werden für die vollständige Reduktion von 365 g Fe₂O₃ benötigt?
b. Rechnen Sie das Resultat in den Volumseinheiten bei Normalbedingungen um!
c. Welches Volumen nimmt das CO bei 700 °C ein?

17. Eine Verbindung enthält nur die Elemente C, H und N. Bei der Verbrennung werden erhalten: 7,922 g CO₂, 4,325 g H₂O, 0,840 g N₂.
a. Wie lautet die empirische Formel der Verbindung?
b. Welche Masse hatte die verbrannte Probe?

25. Butan enthält lediglich C und H. Zur Bestimmung der Formel werden 0,580 g Butan vollständig verbrannt und 1,760 g CO₂ sowie 0,900 g H₂O erhalten. Berechnen Sie die empirische Formel von Butan.

33. Welche empirische Formel hat die Verbindung mit folgender Zusammensetzung in %-Massenanteil? Ca: 31,29 %; C: 18,75 %; O: 49,96 %.

34. Cyanwasserstoff (HCN), ein sehr giftiges Gas, wird nach folgender Reaktion hergestellt: a CH₄ (g) + b O₂ (g) + c NH₃ (g) => d (HCN) (g) + e H₂O
Ermitteln Sie die Koeffizienten a bis e und stellen Sie damit die vollständige Reaktionsgleichung auf.

41. Natriumhydroxid (NaO) wurde früher im industriellen Maßstab durch die Reaktion von Soda (Na₂CO₃) mit gelöschtem Kalk (Ca(OH)₂) gewonnen: Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ => 2 NaOH + CaCO₃
Wieviel g NaOH können aus 1,000 kg Soda hergestellt werden, wenn dieses zu 92,0 % rein ist?

54. Nicotin enthält nur die Elemente C, H und N. Beim Verbrennen einer Probe erhält man 6,78 g CO₂, 1,94 g H₂O und0,432 g N₂. Welche empirische Formel hat Nicotin?

59. In einem kommunalen Abwasser beträgt die Massenkonzentration an Phosphor 8,00 mg/L (aus Waschmittelrückständen). nach der biologischen Abwasserreinigung liegt P als Phosphat-Ion PO₄^3- vor und wird durch Zugabe von Aluminiumpsulfat ausgefällt. Wieviel g Al(SO₄)₃ sidn erforderlich, um den Phosphor in 1,00 m³ Abwasser vollständig auszufällen?

65. Aus Calciumcarbonat wird mit Salzsäure Kohlendioxid freigesetzt.
a. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung.
b. Welches Volumen Kohlendioxid entsteht aus 100,0 mg Calciumcarbonat bei Normalbedingungen (0 °C, 101,3 kPa)?

89. Eine Labormethode zum Herstellen von Cl₂-Gas besteht im Erhitzen von MnO₂ (Braunstein) mit HCl. Aus den Edukten MnO₂ und HCl entstehen die Produkte MnCl₂, Cl₂ und H₂O.
a. Wie lautet die Reaktionsgleichung?
b. Wieviel g HCl werden benötigt, wenn 50,0 g MnO₂ umgesetzt werden?

105. Wie lautet die empirische Formel einer Verbindung, die 0,4005 S und 0,5995 O (jeweils Massenanteil) enthält?

118. Welche empirische Formel hat die Verbindung mit folgender Zusammensetzung: 36,48 % Na, 25,44 % S, 38,08 % O?

Thermochemie

18. Berechnen Sie aus den Standard-Bindungsenthalpien die Reaktionsenthalpie für die Verbrennung von Benzol (C₆H₆ (l)) in O₂ (g) unter Bildung von CO₂ (g) und H₂O (l).

75. Berechnen Sie die Standard-Reaktionsenthalpie (25 °C, 101,3 kPa) für die Reaktion
2 NH₃ (g) + 3 Cl₂ (g) => N₂ (g) + 6 HCl (g)
aus den Werten der Standard-Bildungsenthalpien.

91. Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie ΔH° für die folgende Reaktion aus den Standardbindungsenthalpien (Tabelle):
2 H₂SO₄ (g) + 3 O₂ (g) => 2 H₂O (l) + 2 SO₂ (g)
Ist die Reaktion endotherm oder exotherm?

Sonstiges

111. a. Berechnen Sie das Potential eines Redoxsystems bestehend aus einem Cu-Stab, der in einer Kupfersulfatlösung mit c = 0,1 mol/L eintaucht. E₀ (Cu) = 0,34 V.
b. Beschreiben Sie einen Versuch, bei dem man dieses Potential experimentell messen kann (Skizze des Versuchsaufbaus, Elektrodenreaktionen).

116. Schwefel: Vorkommen, Darstellung, physikalische Eigenschaften, Zustandsdiagramm.

117. Schwefelwasserstoff: Herstellung im Labor (Reaktionsgleichung), chemische Eigenschaften.