Demo Kolloq Flashcards

Question 1

Q

Übersicht Versuchsgruppen

Answer

A

1 E-Chemie
2 E-Chemie
3 Komplexchemie
4 Stickstoffchemie
5 Titrationen &amp; computergestützte Messwerterfassung
6 Großtechn. Verfahren
7 Thermochemie
8 Alkalimetalle
9 Sauerstoff &amp; Schwefel
10 Wasserstoff

Question 2

Q

Versuchsgruppe 1

E-Chemie

Answer

A

1 Bestimmung der Ionenbeweglichkeit
2 Hofmann-Apparatur: Faradaysche Gesetze und Elementarladung
3 Zersetzungs- und Überspannung
4 Bleiakku
5 Zink-Luft-Batterie
6 Brennstoffzelle

Question 3

Q

Versuchsgruppe 2

E-Chemie

Answer

A

1 Fällungsreihe der Metalle
2 Spannungsreihe der Metalle
3 Normalpotential, Halogene in der Spannungsreihe
4 Ionenprodukt des Wassers
5 Nernst-Gleichung: Fe(2+)/Fe(3+)//Mn(2+)/Mn(7+)
6 Löslichkeitsprodukt von AgCl
7 Lambda-Sonde
8 Korrosion

Question 4

Q

Versuchsgruppe 3

Komplexchemie

Answer

A

1 Koordinationszahl eines Nickelkomplexes (Jobsche Methode)
2 Komplex-Gleichgewichte
3 Chelatliganden und Chelateffekt
4 Farbenvielfalt des Vanadiums
5 Reduktion von KMnO4

Question 5

Q

Versuchsgruppe 4

Stickstoffchemie

Answer

A

1 Analyse von Ammoniak
2 Verbrennung von Ammoniak im Sauerstoffstrom
3 Bildung von Stickoxiden bei hohen T
4 Herstellung von Stickstoffmonoxid und Umsetzung mit O2
5 Dimerisationsgleichgewicht von NO2
6 Kohlenstoffmonoxid und dessen Brennbarkeit
7 Springbrunnenversuch

Question 6

Q

Versuchsgruppe 5

Titrationen und computergestützte Messwertverfahren

Answer

A

1 Einführung in die Messwerterfassung und Bedienung der Programme
2 Titration von Kohlensäure in Sprudel
3 Konduktometrische Titration von Ba(OH)2 mit H2SO4 und HCl
4 Redoxtitration: Schweflige Säure in Weißwein
5 Komplexometrische Titration von Ca(2+) und Mg(2+)

Question 7

Q

Versuchsgruppe 6

Großtechnische Verfahren

Answer

A

1 Schwefelsäureherstellung nach dem Kontaktverfahren
2 Haber-Bosch-Verfahren
3 Ostwald-Verfahren

Question 8

Q

Versuchsgruppe 7

Thermochemie

Answer

A

1 Eine Entropie-gesteuerte endotherme Reaktion
2 Schnelle Wärme aus Kristallen
3 Schnelle Wärme mit Hilfe einer Redox-Reaktion
4 Entropieänderung eines Redox-Prozesses
- Wasserwert-Bestimmung
- Bestimmung von Enthalpien
- Bestimmung von freien Enthalpien
5 Bestimmung der Verbrennungswärme von Zwieback
6 Thermit-Verfahren

Question 9

Q

Versuchsgruppe 8

Alkalimetalle und Halogene

Answer

A

1 Schmelzflußelektrolyse von NaCl
2 Darstellung von Chlor und Rkt mit Na
3 Rkt von Li mit Luftstickstoff
4 Rkt von Na mit CO2
5 Verhalten der Alkalimetalle in Wasser
6 Modellversuch zur Verwitterung von Kalkstein

Question 10

Q

Versuchsgruppe 9

O2 und S

Answer

A

1 Singulett-Sauerstoff: Mallet-Rkt
2 Ozon
3 Polymorphie von Schwefel
4 Ausfällen von kolloidalem Schwefel
5 Modellversuch zur Abgasentschwefelung

Question 11

Q

Versuchsgruppe 10

Wasserstoff

Answer

A

1 Knallgasprobe
2 Brennbarkeit von H2
3 Wasserstoff als Füllgas von Luftballons
4 Darstellen von H2 durch Rkt von Wasser mit Mg
5 Hitzespaltung des Wassers
6 Die Donnerbüchse

Question 12

Q

Schwefelsäureherstellung nach dem Kontaktverfahren
(6.1: Großtechn. Verf.)
-
Durchführung + Theorie

Answer

A

Durchf.
Katalysator: Vanadiumpentoxid V2O5
Verbrennen von Schwefel
Waschflaschen mit 1) leer; 2) Wasser mit U-Indikator und 3) mit konz. H2SO4
Anlge muss trocken sein, damit keine H2SO4 bereits in Anlage entsteht.

Theorie
2 SO2 + O2 2 SO3
exotherm

SO3 + H2O H2SO4
exotherm

SO3 als Anhydrid von Schwefelsäure. Lässt sich in Wasser lösen, um Säure zu erhalten

Löslichkeit des Gases in Schwefelsäure deutlich besser. Es bildet sich Dischwefelsäure/rauchende Schwefelsäure/Oleum.
SO3 + H2SO4 –> H2S2O7
Durch Zugabe von H2O dann doppelte Menge an Säure.
Meist jedoch eher 97%ige Säure zum Lösen verwendet, damit kein Oleum entsteht.

Question 13

Q

Löslichkeit

Löslichkeiten von Gasen

Answer

A

Die Löslichkeit eines Stoffes gibt an, in welchem Umfang ein Reinstoff in einem Lösungsmittel gelöst werden kann. Sie bezeichnet die Eigenschaft des Stoffes, sich unter homogener Verteilung (als Atome, Moleküle oder Ionen) im Lösungsmittel zu vermischen, d. h. zu lösen.

Bei der Lösung von Gasen in Flüssigkeiten bezeichnet der Begriff Löslichkeit einen Koeffizienten, der die in der Flüssigkeit gelöste Gasmenge bei einem bestimmten Druck des Gases angibt, wenn sich das Gas zwischen Gasraum und Flüssigkeit im Diffusionsgleichgewicht befindet, d. h. genau so viel hinein wie heraus diffundiert. Die Löslichkeit ist außerdem von der Temperatur, vom Druck (in geringem Umfang auch bei nicht gasförmigen Verbindungen) und bei einigen Verbindungen vom pH-Wert abhängig.

Die Löslichkeit eines Stoffes in einem Lösungsmittel muss nicht begrenzt sein. So ist Schwefelsäure mit Wasser in beliebigen Verhältnissen mischbar.

Question 14

Q

Schwefelsäure

allg. Info

Answer

A

Schwefelsäure ist eine der technisch wichtigsten Chemikalien überhaupt und zählt zu den meistproduzierten chemischen Grundstoffen.

Sie ist eine farblose, ölige, sehr viskose und hygroskopische Flüssigkeit. Schwefelsäure ist eine der stärksten Säuren und wirkt stark ätzend. Diese Mineralsäure bildet zwei Reihen von Salzen, die Hydrogensulfate und die Sulfate, bei denen im Vergleich zur freien Säure ein beziehungsweise zwei Protonen durch Kationen ersetzt sind.

Das Anhydrid der Schwefelsäure ist das Schwefeltrioxid (SO3). Die Lösung von Schwefeltrioxid in der Schwefelsäure über das stöchiometrische Mengenverhältnis hinaus wird als rauchende Schwefelsäure oder Oleum bezeichnet, da das enthaltene Schwefeltrioxid leicht aus der Lösung entweicht und mit der Luftfeuchtigkeit Nebel („Rauch“) aus verdünnter Schwefelsäure bildet.

Sie wird üblicherweise nicht zu den Supersäuren gezählt, jedoch wird sie als Ausgangspunkt für die Definition der Supersäure gewählt: Alle Säuren, die stärker als reine Schwefelsäure sind und diese somit protonieren können, werden als Supersäuren bezeichnet.

Schwefelsäure besitzt eine hohe Affinität zu Wasser. Werden Säure und Wasser gemischt, entstehen unter starker Wärmeentwicklung verschiedene Hydrate der Form H2SO4 · n H2O (n = 1–4, 6, 8). Die starke Wasseraffinität der Schwefelsäure äußert sich ebenfalls darin, dass sie in der Lage ist, aus organischen Stoffen Hydroxygruppen und Protonen abzuspalten. Durch diesen Entzug bleibt Kohlenstoff zurück, der organische Stoff wird schwarz und verkohlt. Dieser Effekt tritt vor allem bei Stoffen auf, die viele Hydroxygruppen enthalten. Beispiele sind viele Kohlenhydrate wie Glucose oder Polysaccharide.

Question 15

Q

Haber-Bosch-Verfahren

6.2 Großtechn. V.

Answer

A

Modellversuch zu H-B-Verfahren

Katalysator:
Platin

Waschflaschen mir Parafin dienen als Blasenzähler.
Endständige Waschflasche mit Phenolphthalein.

N2 und H2 durchgeleitet. Verhältnis 1:3.
Knallgasprobe, hinten an der Apparatur, sobald negativ wird Katalysator erhitzt.

Question 16

Q

Haber-Bosch-Verfahren

wie es wirklich durchgeführt wird - Infos

Answer

A

nicht als einfacher Modellversuch durchführbar.
Erfordert Drücke von mehr als 200 bar.
Man kann aber zeigen wie mithilfe von einem Katalysator N2 und H2 zu Ammoniak reagieren.

Das Haber-Bosch-Verfahren ist ein großindustrielles chemisches Verfahren zur Synthese von Ammoniak.

Verfahren am Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt.
Der zentrale Schritt des Verfahrens, die Ammoniaksynthese aus atmosphärischem N2 und H2, wird an einem eisenhaltigen Katalysator bei Drücken von etwa 150 bis 350 bar und Temperaturen von etwa 400 bis 500 °C durchgeführt.
Als bedeutendes Chemieverfahren mit einem Produktionsausstoß von mehr als 200 Millionen Tonnen im Jahr 2013 deckt es den überwiegenden Teil des weltweiten Bedarfs an Ammoniak.

Ammoniak ist eine chemische Substanz, die überwiegend für die Herstellung von Harnstoff, Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat sowie Ammoniumphosphaten genutzt wird. Diese Stoffe werden als Düngemittel verwendet und tragen zur Ernährung eines Großteils der Weltbevölkerung bei.

Question 17

Q

Ostwald-Verfahren
(6.3 Gr.Techn. Verfahren)

Durchführung + Theorie

Answer

A

Darstellung von Salpetersäure durch Ox. von NH3

Katalysator:
Platin-Kugeln - heiß
Waschflaschen 1) NH3-Lösung
2) leer; 3) Wasser + U-Indikator
Vakuum zieht Gas durch die Anlage.

Theorie
4 NH3 + 5 O2 –> 4 NO + 6 H2O
exotherm

unerwünschte Nebenreaktionen: Bildung von N2 und N2O (Lachgas)

2 NO + O2 2 NO2 (exotherm)
2 NO2 N2O4 (exotherm)

2 N2O4 + O2 + 2 H2O –> 4 HNO3

Zwischenprodukte sind NO und HNO2 (salpetrige Säure)

Question 18

Q

Stickoxide

Answer

A

Stickstoffmonoxid ist ein farbloses und giftiges Gas mit der Formel N=O. Es ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Stickstoff und Sauerstoff und gehört zur Gruppe der Stickoxide. NO ist ein Radikal.

In Wasser ist Stickstoffoxid wenig löslich. Die Bindungslänge der N=O Bindung beträgt 117 pm. Unter Einwirkung von Sauerstoff und anderen Oxidationsmitteln wird NO sehr schnell zu braunem Stickstoffdioxid oxidiert, das in Wasser zu Salpetersäure und Salpetriger Säure disproportioniert.

Durch die schnelle Umwandlung in Stickstoffdioxid an der Luft wirkt Stickstoffmonoxid schleimhautreizend, und durch die Bildung von Methämoglobin wirkt Stickstoffmonoxid toxisch. Die Ausbildung der Methämoglobinämie beruht auf einer Reaktion von HbO2 mit NO selbst, wobei Nitrat und Methämoglobin entstehen, sowie auf der Reaktion mit aus NO entstandenem Nitrit.
Industriell wird das Gas durch die katalytische Ammoniakverbrennung (Ostwald-Verfahren) gewonnen.

-
Stickstoffdioxid, NO2, ist ein rotbraunes, giftiges, stechend chlorähnlich riechendes Gas, das zur Gruppe der Stickoxide gehört. Es kann leicht unter Dimerisierung zu N2O4 (Distickstofftetraoxid) verflüssigt werden und kommt als Spurengas in der Atmosphäre mit den höchsten Werten in Bodennähe vor.

Nitrose Gase ist der Trivialname für ein Gemisch aus Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO2.

Labortechnisch kann NO2 durch Erhitzen von Schwermetallnitraten (zum Beispiel Bleinitrat[6]) hergestellt werden.[7]

Technisch wird es als Zwischenprodukt bei der Salpetersäuresynthese durch Luftoxidation von NO gewonnen. Außerdem entsteht es bei der Reaktion von Salpetersäure mit Kupfer, da diese Säurereaktion nicht unter Bildung von Wasserstoff abläuft.

NO2 entsteht bei der Verbrennung fossiler Energieträger, wie Gas, Kohle und Öl, und ist daher unter anderem Bestandteil des Abgases von Kraft- und Luftfahrzeugen, von Öl- und Gas-Heizkesseln sowie von Gas- und Kohlekraftwerken. Es entsteht aus Stickstoffmonoxid, wobei die Konzentration von Stickstoffdioxid mit steigender Temperatur abnimmt. Bei Temperaturen von 700 bis 1700 °C liegen bei der Reaktion von Stickstoffmonoxid mit Sauerstoff nur 0,15 bis 1,8 ppm als Stickstoffdioxid vor. Erst unterhalb von 600 °C bildet sich Stickstoffdioxid in nennenswertem Umfang. Bei Verbrennungsmotoren liegt die maximale Stickstoffdioxidbildung im Temperaturbereich von 200 bis 300 °C.

Gewitter sind eine natürliche Quelle von atmosphärischem Stickstoffdioxid.[6] Es entsteht auch durch mikrobiologische Umsetzungen im Boden. In Innenräumen werden Stickoxide vor allem durch offene Feuerstellen (z. B. Gasherde, Durchlauferhitzer, Petroleumlampen oder Kerzen) und das Tabakrauchen (150 bis 600 cm3/m3 NOx[9]) verursacht.

Question 19

Q

7.1 Eine Entropie-gesteuerte endotherme Reaktion
(Thermo)

Durchführung + Theorie

Answer

A

Ba(OH)3 *8H2O [s] + 2 NH4SCN [s]
–> Ba(SCN)2 + 2 NH3 + 10 H2O

Feststoffe werden zusammengemischt und es wird sehr kalt.

Question 20

Q

7.1 Eine Entropie-gesteuerte endotherme Reaktion
(Thermo)

BP Bezug

Answer

A

Oberstufe: Begriff Entropie, freie Gibbs Energie etc

Question 21

Q

7.2 Schnelle Wärme aus Kristallen
(Thermo)

Durchführung + Theorie

Answer

A

Wenig Wasser und NaAc gemischt, erhitzt, zum Lösen gebracht. Langsames Abkühlen um die übergesättigte Lösung zu bekommen.

Theorie
Übersättigte Lsg ist metastabil. Kristallisationskeime (z.b. kleinere Verunreinigungen oder Impfkristalle) bewirken das Auskristallisieren.

Question 22

Q

7.3 Schnelle Wärme mit Hilfe einer Redox-Reaktion
(Thermo)

Durchführung + Theorie

Answer

A

Das Stichwort ist “Rosten”. Und das ist eine Oxidation. Oxidationsmittel ist Sauerstoff - wie im richtigen Leben.

Zur Herleitung der Reaktionsgleichung zerlegen wir die Reaktion formal in die Oxidation und die Reduktion.

Oxidation Fe ———> Fe(3+) + 3 e-
Reduktion O + 2 e- ———> O(2-)

Wir gleichen die Ladungen aus und multiplizieren dazu die Ox-Gleichung mit 2, die Red-Gleichung mit 3.

Oxidation 2 Fe ———> 2 Fe(3+) + 6 e-
Reduktion 3 O + 6 e- ———> 3 O(2-)

Sauerstoff liegt als O2 vor.

Oxidation 4 Fe ———> 4 Fe(3+) + 12 e-
Reduktion 3 O2 + 12 e- ———> 6 O(2-)

Nun muss noch das Wasser ins Geschäft kommen. Denn die O2–Ionen sind echt hypothetisch…

Oxidation 4 Fe + 12 H2O ———> 4 Fe(OH)3 + 12 H+ + 12 e-
Reduktion 3 O2 + 6 H2O + 12 e- ———> 12 OH-

Nun können wir daraus durch Addition die Gesamtreaktionsgleichung herleiten. (Dabei müssen wir noch die Reaktion H+ + OH- -> H2O einkalkulieren.)

4 Fe + 3 O2 + 6 H2O ———> 4 Fe(OH)3

Fe(OH)3 - ist das nicht Rost? (Genau genommen ist Rost eher FeOOH; aber das ist hier nicht so wichtig.) Wenn das Wärmekissen lange genug benutzt worden ist, stellen wir fest, dass es nur noch aus Rost besteht. Um den zu erkennen, spülen wir die Aktivkohle ab.

Und wozu sind Kochsalz und Aktivkohle nötig?
Hier läuft ein elektrochemischer Vorgang ab. Stichwort: Lokalelement. Das Kochsalz ist ein Elektrolyt, der Ionenwanderungen und Elektronenübergänge unterstützt.
Die Aktivkohle wirkt anders, eigentlich katalytisch. Sie adsorbiert Sauerstoff, aktiviert ihn und reicht ihn an das Eisen weiter. Dazu kommt noch, dass sie die Eisenteilchen auf Abstand hält und so den Gas-Austausch erleichtert.

Question 23

Q

7.3 Schnelle Wärme mit Hilfe einer Redox-Reaktion
(Thermo)

Weitere Ideen zum Experiment für Unterricht

Answer

A

Prof. Blum.

Versuch 1: Wärmekissen auf Eisenbasis
(wie im Praktikum)
–> Ergebnis: Im oberen Teil der Masse erhielten wir Temperaturen von etwa 80 °C. Die Wärme hält sich einige Stunden lang.
Merkwürdig ist, dass vor allem im oberen Bereich - ja sogar an der Oberfläche - die höchste Temperatur zu messen ist. Liegt das vielleicht an der Luftzufuhr?

Versuch 2: Wärmekissen und Luft
Die Mischung wird in einen 1l-Gefrierbeutel gefüllt. Verschließen wir ihn, kühlt der Beutel aus, beim Öffnen erwärmt er sich rasch wieder. Das können wir schon mit der Hand fühlen.

Der folgende Versuch zeigt, dass der Luft-Sauerstoff für die Erwärmung verantwortlich ist.

Versuch 3: Wärmekissen und Sauerstoff
Der Gefrierbeutel aus Versuch 2 wird mit reinem Sauerstoff aus der Druckflasche prall gefüllt und verschlossen.

Ergebnis: Der Sauerstoff war innerhalb von 5 min verbraucht. Der Beutel war aus diesem Grund komplett zusammengefallen. Die Temperatur stieg rasch an und ging sogar an die Grenzen dessen, was ein Gefrierbeutel aushält.

“Rosten” als Oxidation. Oxidationsmittel ist hier auch Sauerstoff - wie im richtigen Leben.

Question 24

Q

7.4 Entropieänderung eines Redox-Prozesses
7.4.1 Wasserwert-Bestimmung des Kalorimeters
(Thermo)

Durchführung + Theorie

Answer

A

Durchf.

Dewar-Gefäß mit H2O
verschlossen mit Thermometer, Rührer, Heizdraht (gewunden)
Heizdraht an Krokodilklemmenm also an Netzgerät
konstante Stromstärke von 2A
Spannungswert messen und Zeit aufnehmen
beenden, sobald Wasser 1°C gestiegen
Zeit aufnehmen, sobald Netzgerät ausgeschalten wird

Question 25

Q

4 Entropieänderung eines Redox-Prozesses
4.2 Bestimmung von Enthalpien

Durchführung + Theorie

Answer

A

Durchf.
- Dewar-Gefäß mit 100ml 0,1molare AgNO3-Lösung
- ca. 2g Cu-Pulver (knapp 10-fach Überschuss)
- Abdecken (mit Thermometer und Rührer)
- Temperatur-Anstieg beobachten bis nicht mehr ansteigt, Endwert wird notiert
(Optional untersucht man mit Salzsäure, ob Lösung noch Ag-Ionen enthält)

_____
Theorie:
Delta-H = C * Delta-T

Question 26

Q

5 Bestimmung der Verbrennungswärme von Zwieback
5.1 Wasserwert-Bestimmung
5.2 Zwieback

Durchf. + Theorie

Answer

A

Durchf. zu 1.

Kalorimeter mit H2O gefüllt und an Vakuumpumpe und O2
Ethanol (genau eingewogen) in Verbrennungstiegel, anzünden und in Verbrennungskammer
halten bis H2O um 5°C erhöht.
restl. EtOH wieder abwiegen

Theorie:
Delta-H = n* Delta-H(Verbr.)

dann der Wasserwert: C=Delta-H/Delta-T

_____
Durchf. 2
- erste Schritte s.o.
- gewogenes Stück Zwieback in Kammer, entzünden
- verbrennen lassen bis komplett verbrannt

Theorie:
- Delta-H = C*Delta-T

Question 27

Q

7.6 Thermit-Verfahren

Answer

A

Durchf.

Mischung rein (Al-grieß und Fe2O3)
mit Wunderkerze anzünden

Theorie
Al + Fe2O3 –> Al2O3 + Fe

Question 28

Q

7.6 Thermit-Verfahren

BP Bezug

Answer

A

denkbar: 8. Klasse, Einführung Redox mit Bezug zu Bahngleisen wo die Technik regelmäßig noch benutzt wird.

Redox-Gleichungen aufstellen

Question 29

Q

8.1 Schmelzflußelektrolyse von NaCl

Durchführung + Theorie

Answer

A

Durchf.

in Mg-Rinne ein Gemisch aus (1:1) NaCl und KCl (zur Schmelzpunkternedrigung)
Fe-Elektroden in Gemisch eintauchen, sind an Gleichspannungquelle angeschlossen
Amperemeter
Gemisch erhitzen bis Stromfluss einsetzt

Theorie:

Elektrolyse
an Kathode (Ort der Red) wird Na freigesetzt; verbrennt wg. der hohen T
an Anode (Oxid.) steigen grüne Chlordämpfe auf

Elektrolyse: ein Prozess, bei dem elektrischer Strom eine Redoxreaktion erzwingt. bspw. zur Gewinnung von Metallen oder zur Herstellung von Stoffen, deren Gewinnung durch rein chemische Prozesse teurer oder kaum möglich wäre

Beispiele wichtiger Elektrolysen sind die Gewinnung von Wasserstoff, Aluminium, Chlor und Natronlauge.
- Eine Elektrolyse erfordert eine Gleichspannungsquelle, welche die elektrische Energie liefert und die chemischen Umsetzungen vorantreibt.

Es sind immer Redoxreaktionen,
-> Oxidation an der Anode (elektrischer Pol)
-> Reduktion an der Kathode

___
Die Spannungsquelle bewirkt einen Elektronenmangel in der mit dem Pluspol verbundenen Elektrode (Anode) und einen Elektronenüberschuss in der anderen, mit dem Minuspol verbundenen Elektrode (Kathode). Die Lösung zwischen der Kathode und Anode enthält als Elektrolyte positiv und negativ geladene Ionen. Positiv geladene Ionen (Kationen) oder elektroneutrale Stoffe nehmen an der Kathode Elektronen auf und werden dadurch reduziert. An der Anode läuft der entgegengesetzte Prozess ab, die Abgabe von Elektronen in die Elektrode, wobei Stoffe, z. B. Anionen, oxidiert werden. Die Menge der an der Anode übertragenen Elektronen ist gleich der an der Kathode übertragenen.

Der Transport der Stoffe an die Elektroden erfolgt durch konvektiven Stoffübergang (Diffusion innerhalb der Flüssigkeit mit überlagerter Strömung der Flüssigkeit) und, soweit es Ionen betrifft, zusätzlich durch Migration (Wanderung durch Einwirkung des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden).

Question 30

Q

8.2.1 und 2 Darstellung von Chlor und Rkt mit Natrium

Durchf. + Theorie

Answer

A

Durchf.

Chlorgasentwickler mit konz. HCl
Hypochlorittablette (NaOCl) hinzu via Einschub
gas pneumatisch aufgefangen
Cl2 mit Na-thiosulfat-Lsg gequenscht

________
Theorie:

HClO + HCl H2O + Cl2
(im alkalichen ist GG auf der linken Seite

Question 31

Q

8.3 Rkt von Li und Luftstickstoff

Durchf. + Theorie

Answer

A

Einmal wird Li an Luft angezündet und einmal Na.
Sobald der Metall brennt wird ein Becherglas darüber gestülpt.
Der Rückstand wird mit etwas Wasser versehen und ein Uhrglas+Indikator darüber gelegt. Bei Li entstehen alkalisch reagierende Gase (Ammoniak).

Question 32

Q

8.4 Rkt von Na mit CO2

Durchf. + Theorie

Answer

A

Durchf.

CO2 in RG gefüllt
Stückchen Na rein und sofort mit Wattebausch abgedeckt
kräftig erhtzen, bis Rkt
dann Hitze entfernen, etwas H2O drauf, dann halbkonz. HCl

Theorie
- zeigt unedlen Charakter der Alkalimetalle, da sie sich nicht mit C reduzieren lassen wie es zur Gewinnung einiger Metalle sonst üblich ist
- STattdessen reduzieren sie CO2 zu C
 und NaCO3 fällt aus
--> 2 Na + 2 CO2 + O2 -->2 NaCO3

Question 33

Q

8.5 Verhalten der Alkalimetalle in H2O

Durchf. + Theorie

Answer

A

Li, Na, K in größeres Gefäß mit Wasser und Phenolphthalein

Question 34

Q

8.6 Modellversuch zur Verwitterung von Kalkstein

Durchf. + Theorie

Answer

A

Marmorstein klein gemacht und vermörsert.
Variante 1) gelöst, CO2 durchlaufen lassen, dann erhitzt
Variante 2) s.o. aber ohne CO2

Variante 1) zeigte Trübung. Es entsteht Kalk.

Theorie:

Question 35

Q

10.1 Knallgasprobe H2

Answer

A

Knallgasprobe mit unterschiedlichen Volumenverhältnissen
- H2 wird pneumatisch in RG vorgelegt, zu versch. Anteilen
- der Rest wird dann mit Druckluft gefüllt
- RG mit Daumen geschlossen rausnehmen, dann Öffnung nahe der Brennerflamme
—

Theorie

eine exotherm und detonationsartig ablaufende Reaktion
2 H2 + O2 —> 2 H2O
bei einem exakt eingestellten O2/H2 Verhältnis von 1:2 kann es zu einer heftigen Explosion kommen
Es handelt sich um eine stark verzweigte Kettenreaktion (Kettenverzweigungsexplosion) unter Beteiligung von Wasserstoff-, Sauerstoff- und Hydroxyl-Radikalen als Kettenträger.

Ein fertiges Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff im Stoffmengenverhältnis 2:1 ist auch in geringen Mengen explosiv. Nutzt man hingegen nur Wasserstoff als Ausgangsprodukt und mischt es mit Luft unter atmosphärischem Druck, muss der Volumenanteil des Wasserstoffs zwischen 18 und 76 Vol-% liegen. Werden diese Grenzwerte unter- bzw. überschritten, kommt es nicht mehr zu einer Explosion/Detonation. Gemische aus Luft und 4 bis 18 Vol.-% Wasserstoff sind brennbar, aber nicht explosiv.

Mit dem Begriff Knallgasprobe bezeichnet man in der Chemie einen Nachweis von Wasserstoff. Dieser ist jedoch unspezifisch, da auch z. B. Methan mit Sauerstoff Knallgas bildet, und dient nur im Chemieunterricht als Pseudonachweis. Die eigentliche Verwendung (siehe unten) ist das Überprüfen des Luftgehaltes einer Wasserstoff produzierenden Apparatur.

Für den Nachweis wird üblicherweise das zu überprüfende Gas in einem Reagenzglas mit der Öffnung nach unten (damit Wasserstoff wegen der geringeren Dichte als Luft nicht entweichen kann) an eine Zündquelle (Bunsenbrenner, Feuerzeug) gehalten.

In jüngerer Zeit besonders bekannt wurden Wasserstoff-Explosionen 1986 bei der Katastrophe von Tschernobyl und 2011 bei der Nuklearkatastrophe von Fukushima.

Question 36

Q

10.2 Brennbarkeit von H2

Durchf. + Theorie

Answer

A

Standzylinder mit H2 pneumatisch gefüllt (kopfüber)
brennende Kerze (an Stab angebracht) wird in Zylinder eingeführt und wieder raus

Theorie

zunächst am Eingang des Zylinders kleine Verpuffung von KnallgasGemisch
im Zylinder geht Kerze aus, da H2 Flamme nicht unterhält
beim herausnehmen entzündet sie sich wieder am brennenden Wasserstoff (Knallgasgemisch am Rand??)

Question 37

Q

10.3 H2 als Füllgas von Luftballons

Durchf. + Theorie

Answer

A

Ein Ballon wird mit H2 gefüllt (Fußball groß). An Bindfaden mit Gewicht befestigt.
Der Ballon wird mithilfe einer an nem Stab angebrachten Kerze angezündet.

Gefahr: Wasserstoffdiffusion - an äußeren Gummihaut bildet sich Knallgasgemisch

Theorie:

dumpfer Knall beim entzünden aufgrund des Knallgasgemischs, das durch Diffusion an der äußeren Gummihaut entsteht.
der restliche H2 verbrennt so

Diffusion:

der ohne äußere Einwirkung eintretende Ausgleich von Konzentrationsunterschieden als natürlich ablaufender physikalischer Prozess aufgrund der brownschen Molekularbewegung.
Diffusion beruht auf der ungerichteten Zufallsbewegung von Teilchen aufgrund ihrer thermischen Energie („thermische Bewegung“, s. u.).
Bei ungleichmäßiger Verteilung bewegen sich statistisch mehr Teilchen aus Bereichen hoher in Bereiche geringer Konzentration bzw. Teilchendichte, als umgekehrt.
-> netto ein makroskopischer Stofftransport

Die brownsche Bewegung
…ist die vom schottischen Botaniker Robert Brown im Jahr 1827 unter dem Mikroskop entdeckte unregelmäßige und ruckartige Wärmebewegung kleiner Teilchen in Flüssigkeiten und Gasen.
Nach der 1905 von Albert Einstein und 1906 von Marian Smoluchowski gegebenen Erklärung wird die im Mikroskop sichtbare Verschiebung der Teilchen dadurch bewirkt, dass die Moleküle aufgrund ihrer ungeordneten Wärmebewegung ständig und aus allen Richtungen in großer Zahl gegen die Teilchen stoßen und dabei rein zufällig mal die eine Richtung, mal die andere Richtung stärker zum Tragen kommt. Diese Vorstellung wurde in den folgenden Jahren durch die Experimente und Messungen von Jean Baptiste Perrin quantitativ bestätigt.

Question 38

Q

10.3 H2 als Füllgas von Luftballons

BP-Bezug

Answer

A

Lehrerversuch!

Question 39

Q

10.4 Darstellen von H2 durch Rkt von H2O mit Mg

Durchf. + Theorie

Answer

A

RG mit etwas Sand gefült, dann etwas Wasser aufs Sand
mit Holzstab Loch in den Sand (dass sich keine Dampfblasen bilden)
Mg-Späne auf Mg-Rinne
Mg-Späne erhitzt (an Seite weg vom Sand)
Sand erhitzt, damit H2O Dampf entsteht
heftige Rkt
Gas wird über pneumatische Wanne in ein RG aufgefangen
bevor man aufhört zu heißen muss Stopfen ab!
-> Warum? Unterdruck?

Theorie
Mg + H2O –> H2 + MgO

Question 40

Q

10.5 Hitzespaltung des Wassers

Durchf. + Theorie

Answer

A

Durchf.

Wasser zum Sieden bringen
Lichtbogen (mit Hochspannung) spaltet Wasserdampf
entstehende Gasmischung wird im RG aufgefangen und mit Knallgasprobe überprüft

_________
Theorie:

2 H2 + O2 --> H2O
exotherme Reaktion (-570 kJ/mol)
Es handelt sich um eine stark verzweigte Kettenreaktion. H2 wird radikalisch gespalten d. Energie, greift O2 an, sodass 2facher O-Radikal und OH-Radikal entstehen. O-Radikal greift wiederum H2 an, neues OH-Radikal greift H2 an --> H2O + H-Radikal und weitere Reaktionen.

Lichtbogen:
Ein Lichtbogen entsteht bei ausreichend hoher elektrischer Potentialdifferenz (= Spannung) und Stromdichte durch Stoßionisation. Bei der Stoßionisation wird ein Atom oder Molekül ionisiert oder in einem Halbleiter ein zusätzliches Ladungsträgerpaar erzeugt. Die freien Ladungsträger haben zur Folge, dass das Gas elektrisch leitfähig wird. Die meisten Plasmen sind quasi neutral, die Zahl der Ionen und Elektronen ist also identisch. Da die Ionen gegenüber den viel leichteren Elektronen wesentlich langsamer sind, sind für den Stromtransport oft fast ausschließlich die Elektronen relevant.

Beim Phasenübergang vom flüssigen Wasser zu Wasserdampf verringert sich die Bildungsenthalpie
Delta-H von Wasser und damit der zur Wasserspaltung notwendige Mindestenergieaufwand sprunghaft. Diese Energiedifferenz entspricht der Verdampfungswärme des Wassers.

Question 41

Q

10.6 Donnerbüchse
(H2)

Durchf. + Theorie

Answer

A

Bleibüchse ohne Deckel aber mit Loch. Wird mit Öffnung an Unterseite gestellt. mit H2 gefüllt

Theorie

H2 brennt zunächst ruhig ab. Luft strömt von unten nach, es bildet sich Knallgas-Gemisch, dessen Grenze langsam nach oben wandert. Schließlich schlägt die Flamme in die Dose und entzündet das Knallgasgemisch, die Dose wird mit lautem Knall nach oben geschleudert.

Question 42

Q

10.6 Donnerbüchse

BP-Bezug

Answer

A

Lehrerversuch!

Bei Thema Wasserstoff, Knallgas,

Question 43

Q

Wasserstoff allgemein -

warum im Unterricht behandeln?

Answer

A

http://www.seilnacht.com/versuche/experih2.html

Am Wasserstoff – dem Element Nummer 1 im Periodensystem – lassen sich viele Stoffeigenschaften aufzeigen, die nicht alltäglich sind und zum Staunen anregen. Wasserstoff ist das Element mit der geringsten Dichte. Es ist 14,4 mal leichter als Luft und bildet mit Luft explosionsfähige Gemische. Die Verbrennung von Wasserstoff stellt eine besondere Form der Oxidation dar. In der Technik besitzt das Gas eine zukunftsweisende Bedeutung. Wasserstoff steht zwar in der ersten Hauptgruppe des Periodensystems, wird aber nicht zu den Alkalimetallen gezählt. All diese Gründe prädestinieren den Wasserstoff, ihn als erstes Element des Periodensystems ausführlich zu behandeln.

Question 44

Q

3.1 Koordinationszahl eines Nickelkomplexes (Jobsche Methode)

Answer

A

Die Jobsche Methode, auch als kontinuierliche Variation bekannt, ist eine Methode, die in der Komplexchemie verwendet wird, um Metall-Liganden-Gleichgewichte zu untersuchen. Dabei werden die Molverhältnisse des Metallkations und der Liganden variiert, die Summe der Konzentrationen bleibt jedoch insgesamt bei jedem Verhältnis gleich. Zur Beobachtung wird beispielsweise die Absorbanz oder die Leitfähigkeit gemessen. Die Metall-Liganden-Komplexstöchiometrie kann aufgrund der Messungen errechnet werden.

5 RG + Ni-Salz-Lösung
1 RG ohne (Referenz), dann 1 mL - 4 mL (RG 2-5) mit Ethylendiamin versetzen –> auf 20 mL auffüllen (H2O)
Farbe Ni-Komplex: wie viel Ethylendiamin-Liganden an Ni-Zentralatom gebunden
Anzahl koordinierter Ethylendiamin-Moleküle: über verschiedene Konzentrationen
z.B. bei 1 mL –> 1 Ethylendiamin an Ni; usw.
zweizähnigen Ethylendiam-Ligand: nicht alle Stellen besetzt –> restlichen von H2O besetzt

Question 45

Q

1 Koordinationszahl eines Nickelkomplexes (Jobsche Methode)
- -> Chelatkkomplex

Answer

A

Prof. Blumes

Chelatkomplexe sind allgemein immer stabiler als vergleichbare Komplexe mit einzähnigen Liganden.
Man bezeichnet dieses Phänomen als Chelateffekt.

Wie ist dieser Effekt zu erklären?

Dafür gibt es zwei Gründe:
1. Ist bei einer Komplexbildung das erste Atom eines Chelatliganden schon bereits am Zentralteilchens gebunden, begünstigt das die Bindung von weiteren Bindungsstellen dieses Liganden, da diese ja schon nah am Zentrum liegen.
Bei einer Ligandenaustauschreaktion müssen außerdem erst alle Bindungen des Chelatliganden gleichzeitig abgespalten werden, um ihn gegen einen anderen Liganden auszutauschen. Bei einzähnigen Liganden erfolgt dies schon bei der Spaltung einer Bindung.
2. Durch den Austausch von mehreren einzähnigen Liganden durch einen Chelatliganden erhöht sich die Anzahl der freien Teilchen in der Lösung. Dadurch kommt es zu einer Zunahme der Entropie. D. h. es herrscht ein Zustand von größerer Unordnung, der spontan ablaufende Reaktionen begünstigt.
Das Gleichgewicht verschiebt sich somit auf die Seite der Chelatkomplexbildung.

Farbe von Komplexen

Komplexverbindungen sind häufig farbig, da sie über größere delokalisierte Elektronensysteme verfügen. Besonders intensive Färbungen zeigen die Charge-Transfer-Komplexe, wie z. B. das Permanganat. Siehe auch Ligandenfeldtheorie

Question 46

Q

2 Komplex-GG
2.1 Konzentrationsabhängigkeit
2.2 Temperaturabhängigkeit
2.3 pH-Abhängigkeit

Answer

A

2.1 Konzentrationsabhängigkeit
- RG –> Kupfer(II)-chlorid-Lösung (Referenz)
- RG –> Kupfer(II)-chlorid-Lösung (blau) + konz. HCl –> grün –> soviel H2O bis Farbe wieder zu blau wechselt

Durch die Zugabe von Chlorid-Ionen in deutlichem Überschuss werden alle Wassermoleküle des Hexaaquakupfer(II)-Komplexes verdrängt, und es bildet sich der grüne Tetrachlorokupfer(II)-Komplex. Durch die Verdünnung der Lösung erhält man wieder den Aquakomplex.

[Cu(H2O)6]2+ + 4 Cl- –> [CuCl4]2- + 6 H2O
blau grün
Reaktion erfolgt stufenweise.

2.2 Temperaturabhängigkeit
- Lösung aus 3.2.1 erhitzen und im Wasserstrahl abkühlen

Die verdünnte, blaue Lösung aus den vorherigen Versuchen enthält Hexaaquakupfer(II)-Ionen und freie Chlorid-Ionen.
Wenn man diese Lösung erhitzt, färbt sie sich erneut grün und kehrt nach dem Abkühlen wieder zur blauen Ursprungsfarbe zurück. Dieser Vorgang lässt sich beliebig oft wiederholen (-> Versuch).
Das Gleichgewicht dieser Reaktion liegt nach der Verdünnung zunächst auf der linken Seite. Die Steigerung der Temperatur (also die Zufuhr von Energie) bewirkt eine Verschiebung nach rechts.
[Cu(H2O)6]2+ + Cl- + Energie –> [CuCl(H2O)5]+ + H2O
blaugrün grün
Aus dem blauen Hexaaquakupfer(II)-Komplex bildet sich deshalb beim Erwärmen der Lösung der grüne Pentaaquamonochlorokupfer(II)-Komplex (und umgekehrt bei Abkühlung).

2.3 pH-Abhängigkeit
- Kupfer(II)-sulfat-Lösung –> tropfenweise NH3-Lösung –> hellblauer Niederschlag –> weiter NH3, bis Lösung wieder klar
- konz. H2SO4 zutropfen
- erneut NH3 dazu

[Cu(H2O)6]2+ + 4 NH3 –> [Cu(NH3)4]2+ + 6 H2O
blau violett
Durch Säurezugabe lässt sich die Lösung mit dem Amminkomplex in die hellblaue Aqua-Komplexlösung überführen (-> Versuch). Denn Ammoniak wird durch die Säure fortlaufend protoniert, so dass letztlich die folgende Reaktion abläuft:
[Cu(NH3)4]2+ + 4 H3O+ + 2 H2O –> [Cu(H2O)6]2+ + 4 NH4+
Dies bewirkt eine Verschiebung der Ligandenaustauschreaktion auf die Seite des Aqua-Komplexes.

Question 47

Q

3.2 Komplex-GG

Prinzip des kleinsten Zwanges

Answer

A

–> es werden unterschiedliche Liganden nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges gegeneinander ausgetauscht
Viele der Ligandenaustauschreaktionen sind reversible Prozesse. D. h. diese Reaktionen sind umkehrbar. So stellt sich bei vielen Austauschreaktionen ein Gleichgewicht ein, dessen Lage, wie bei anderen chemischen Gleichgewichten nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges stark von der Konzentration der Liganden oder der Temperatur abhängt. Abhängigkeit der Gleichgewichtslage vom Druck beobachtet man nur bei Liganden(lösungen) mit hohem Dampfdruck (wie Ammoniak) oder bei gasförmigen Liganden (Kohlenstoffmonoxid oder Stickoxide). Aber auch der pH-Wert der Lösung oder aber einfach die Art ihrer Liganden haben Einfluss auf die Lage.

Question 48

Q

3 Chelatliganden und Chelateffekt

3. 3.1 Zitronensäure als Komplexbildner

Answer

A

3 RG mit Kupfer(II)-sulfat-Lösung
RG1: + Zitronensäure
RG2+3: + Wasser –> RG3 Referenz
RG1+2: abwechselnd NaOH zutropfen –> bis in RG2 Niderschlag, RG1 klar
Wiederholen mit Eisen(III)-chlorid-Lösung
-> Citrat = Chelat-Komplexbildner
in Natur: Wurzelbereich von Pflanzen Metall-Ionen mit Citrat komplexiert –> Aufnahme in Pflanzenkörper ermöglichen
Kompelxierungsvermögen von Citrat: mit Cu + Fe bei Zugabe von NaOH –> keine Hydroxidfällung –> Citrat-Komplex = höhere Bildungskonstante als Hydroxide

Citronensäure bildet mit vielen Metall-Ionen (z. B. Fe3+, Cu2+, Ca2+) wasserlösliche Dicitrato-Komplexe.
Es handelt sich um einen Chelatkomplex. Die Carboxylatgruppen ordnen sich oktaedrisch um das Zentral-Ion an.
Auf dieser Komplexbildung beruht auch die zerstörerische Wirkung von Citronensäure auf den Zahnschmelz (Karies).
Beim Kupfer gibt es aufgrund der Komplexierung mit Citrat eine intensive Farbvertiefung. Dieser Kupferkomplex ist in der Benedict-Lösung, einem Nachweisreagenz für Zucker, enthalten.

Bei Zugabe von Eisen(III)-Ionen zu Citronensäure beobachtet man ebenfalls eine Farbvertiefung der an sich schon gelblichen Eisensalzlösung. Darauf beruht ein colorimetrisches Verfahren zur Konzentrationsbestimmung (-> Versuch). Die Reaktion mit Eisen-Ionen ist Grundlage für die Verwendung der Citronensäure als Bestandteil von Rostentfernern (-> Versuch).
Diese Komplexe sind nicht stabil. Aus ihnen können sich beim Erhitzen schwerlösliche Salze bilden. Das hat im Falle des Calcium-Komplexes besondere Folgen:
Wie andere Säuren auch reagiert Citronensäure mit Calciumoxid sowie mit Kalk (-> Versuch). Dabei bildet sich zunächst der lösliche Calcium-Dicitrato-Komplex.

Question 49

Q

3 Chelatliganden und Chelateffekt

3. 3.2 Chelateffekt im Vergleich

Answer

A

Ni-Salz-Lösung + NH3-Lösung –> bis Farbe von Ammin-Nickelkomplex (blau)
Ni-Salz-Lösung + Ethylendiamin –> Ethylendiamin-Nickelkomplex (violett)
danach jeweils andere Reagenz zugeben
-> Koordinationsstelle der Liganden Ethylendiamin + NH3 –> Stickstoffatom
ähnliche Liganden –> Komplexe nur geringen Stabilitätsunterschied
ABER: Komplex mit Ethylendiamin viel stabiler –> Chelateffekt –> Chelatliganden (Krebsschere) –> Liganden mit 2 oder mehr Koordinationsstellen
keine Enthalpieunterschiede: da Liganden relativ ähnlich –> Unterschiede in diesem Fall zu gering
Chelateffekt durch Entropieänderungen stark begünstigt: durch NH3 ein Aqua-Ligand, durch Ethylendiamin zwei Aqua-Liganden verdrängt –> durch Komplexierung mit Ethylendiamin erhöht sich Gesamtzahl der Teilchen –> Entropie

Question 50

Q

3 Chelatliganden und Chelateffekt

3. 3.3 Chelateffekt und Ringgröße

Answer

A

Eisen(III)-nitrat-Lösung + Ammoniumoxalat-Lösung
Eisen(III)-nitrat-Lösung + Ammoniummalonat-Lösung
anschließen jeweils andere Reagenz zugeben
-> Abstufung der Komplexstabilität –> Abstufung innerhalb der Chelatliganden –> hängt von Anzahl der Ringglieder im ausgebildeten Komplex ab
Ausbildung 5-Ring –> stabilste Anordung von Zentralatom und Chelatligand –> bei Oxalat (stabiler als Koordination mit Malonat –> 6-gliedrigen Ring)

Question 51

Q

3.4 Farbenvielfalt des Vanadiums

Answer

A

4 RG mit Natriumvanadat(V)-[NaVO3]-Lösung + HCl
RG2: + Oxalsäure-Lösung
RG3: + Zinnpulver
RG4: + Zinkpulver
erhitzen mit Brenner
-> mit Reduktionsmittel –> Oxidationsstufen des Vanadiums
angesäuerte, gelbe Vanadat(V)-Lösung
blaue Vandaium(IV)-oxid (VO2+) durch Reduktion mit Oxalsäure
grüne Vanadium(III) (V3+) durch Reduktion mit Zinn
violette Vanadium(II) (V2+) durch Reduktion mit Zink

–> Bezug zu Redox-Flow-Batterie (Ladezustand sichtbar)
Die Redox-Flow-Batterie (RFB) oder (Redox-)Flussbatterie – allgemeiner auch Flüssigbatterie oder Nasszelle genannt – ist eine Ausführungsform eines Akkumulators. Sie speichert elektrische Energie in chemischen Verbindungen, wobei die Reaktionspartner in einem Lösungsmittel in gelöster Form vorliegen. Die zwei energiespeichernden Elektrolyte zirkulieren dabei in zwei getrennten Kreisläufen, zwischen denen in der galvanischen Zelle mittels einer Membran der Ionenaustausch erfolgt. In der Zelle werden dabei die gelösten Stoffe chemisch reduziert bzw. oxidiert, wobei elektrische Energie frei wird.
Der Vanadium-Redox-Akkumulator nutzt in beiden Halbzellen Redoxpaare des Vanadiums. Die Lösung auf der Pluspolseite enthält Vanadylsulfat (Vanadin(IV)-oxidsulfat, VOSO4, blau), das zum gelben fünfwertigen Ion oxidiert werden kann: [11]

Positive Elektrode, Pluspol, V(4+) und V(5+): VO2+ + H2O ⇌ VO2+ + 2 H+ + e− (E0 = 0.995 V vs. SHE)

Die Lösung der Minuspolseite enthält Vanadium(III)-sulfat (grün), das zum zweiwertigen, violetten Vanadiumsalz reduziert werden kann:

Negative Elektrode, Minuspol: V3+ + e− ⇌ V2+(E0 = −0.255 V vs. SHE).

Question 52

Q

3.5 Reduktion von KMnO4

Answer

A

Standzylinder KMnO4-Lösung mit dest. H2O auffüllen –> umrühren, danach nicht mehr rühren!
NaOH + Formiat-Lösung zugeben –> Farbänderung
mit halbkonz. H2SO4 unterschichten –> Farbänderung
mit Natriumsulfit-Lösung unterschichten
-> Oxidationsstufen von Mangan
Oxidationsstufen nebeneinander zeigen –> möglich durch Dichteunterschiede, geeignete Reduktionsmittel und unterschiedlicher Redox-Aktivität des Mn im Sauren und Basischen
violette MnO4-
alkalische Formiat –> blauen Manganat(V) MnO4(3-) reduziert
mit weiteren MnO4- zu grünen Manganat (VI) MnO4(2-) komproportioniert
H2SO4 –> saure Milieu –> Disproportionierung des Manganat (VI) –> entsteht violettes MnO4- + braunes Manganat (IV) MnO4(4-) –> Mischfarbe rotbraun
Permanganat + Manganat(IV) durch Sulfit in saurer Lösung zum farblosen Mangant (II) reduziert

Question 53

Q

4.1 Analyse von Ammoniak

Answer

A

Tropftrichter mit konz. NH3 zu Rundkolben mit NaOH-Plätzchen tropfen lassen (GG-Rkt, Verschieben zu NH3 + H2O) –> im Kolben entwickelt sich NH3-Gas –> über Dreiwegehahn zwischen Kolbenprober und Reaktionsrohr in Apparatur geleitet –> Apparatur mit NH3-Gas spülen
1 Kolbenprober mit 40ml NH3-Gas gefüllt
Quarzrohr mit Nickelfüllung zur Rotglut erhitzen
Volumenkonstanz einstellen (durch Durchleiten des NH3-Gas)
Austauschen des Quarzrohr mit einem Kupferoxid gefüllten –> CuO muss vorliegen (ansonsten erhitzen)
Gasgemisch zur Volumenkonstanz durchleiten

–> Umkehrung der Ammoniak-Synthese aus den Elementen
- Ni als Kat. –> NH3 zu Stickstoff und H2 –> Reaktionsverlauf durch Volumenzunahme (aus 2 Teilen NH3 entsteht 1 Teil N2 und 3 Teile H2) –> Volumen verdoppelt sich
2 NH3 (g) –> N2 (g) + 3 H2 (g)
- gebildetet H2 –> mit CuO zu H2O oxidiert –> Volumen reduziert sich auf ein Viertel
N2 + 3 H2 + 3 CuO –> N2 + 3 H2O – 3 Cu

Question 54

Q

4.2 Verbrennung von Ammoniak im Sauerstoffstrom

Answer

A

NH3-Lösung + Siedesteinchen in Weithalskolben –> erhitzen bis zum Sieden
über Kolben –> Sauerstoffstorm (mit Sauerstoffflasche) an Eisenrohr
Gemisch aus Sauerstoff und NH3 sofort entzünden (ansonsten explosives Gemisch!)
Gasgemisch brennt –> Eisenrohr in Kolben, knapp über Flüssigkeitsoberfläche tauchen –> je nach Stärke der Sauerstoffzufuhr –> Rauschen variieren
Erwartet: Umsetzung der Elemente in Oxide
ABER: bildet sich kein Stickoxid, sondern: elementarer Stickstoff + H2O
2 NH3 + 1,5 O2 –> N2 + 3 H2O
Die katalytische Verbrennung von Ammoniak am Platinkontakt, das Ostwald-Verfahren, führt zu Stickstoffmonoxid, das als Ausgangsstoff zur Herstellung von Salpetersäure dient.
4NH3+5O2−→(Katalysator) 4NO+6H2O

Question 55

Q

4.3 Bildung von Stickoxiden bei hohen Temperaturen

Answer

A

Hochspannung erzeugen
Luft mit Vakuumpumpe in langsamen Strom am Lichtbogen vorbei durch eine mit H2O und Indikator gefüllte Gaswaschflasche geleitet
Funktionsweise von Transformatoren –> nach vollziehen der entstehende Spannungen und Ströme
Lichtbogen notwendig, um N2 zur Reaktion zu bringen (hohe Stabilität von Stickstoff)
Versuch zeigt Prinzip der Saltpetersäureherstelllung (früher) –> Birkeland-Eyde-Verfahren
Stickstoff verbrennt im Lichtbogen zu Stickstoffmonoxid –> mit weiterem Luftsauerstoff zu Stickstoffdioxid
N2 + O2 –> 2 NO

Question 56

Q

4.4 Herstellung von Stickstoffmonoxid und Umsetzung mit Sauerstoff

Answer

A

im Tropftrichter halbkonz. HNO3 zu Cu-Späne im Rundkolben tropfen –> entstehende Gas im Standzylinder (in pneumatischen Wanne) auf
1. Standzylinder mit O2 füllen
2 gefüllten Standzylinder übereinander –> Gasvolumina vermischen lassen
wieder trennen und verschließen
1 Standzylinder: Wasser + Universalindikator
mit konz. HNO3 würde NO2 entstehen
mit halbkonz. HNO3 entsteht NO
3 Cu + 8 H3O+ + 2 NO3- –> 3 Cu2+ + 2 NO + 12 H2O
NO + O2 –> NO2; zuvor 2 farblose Gase zu tiefbraunen Gas umgesetzt

Question 57

Q

4.5 Dimerisiationsgleichgewicht von NO2

Answer

A

NO2 gefüllte Standzylinder aus 4.4 in Kältemischung stelleung
nach 10 min in heißes Wasser stellen
NO2 beim Erwärmen bzw. Abkühlen eine deutliche Farbveränderung
tiefe T: in dimeres Distickstofftetraoxid N2O4 übergeht –> Bildung von Dimeren exotherm
–> Prinzip des kleinsten Zwanges als Erklärung
2NO2 –> N2O4
delta H < 0

Question 58

Q

4.7 Springbrunnenversuch

Answer

A

Rundkolben mit NH3-Gas füllen und mit Stopfen und Glasdüse verschließen
umgekehrt über pneumatische Wanne mit Wasser + Phenolphthalein hängen (Glasdüse muss in Wasser ragen)
gute Löslichkeit von NH3 in H2O
im luftdicht abgeschlossenen Kolben entsteht ein Unterdruck –> führt dazu, dass H2O in Wanne durch den äußeren Luftdruck in den Kolben hineingedrückt wird
Analoge Versuch mit HCl-Gas

Question 59

Q

Titrationen und computergestützte Messwerterfassung

Answer

A

Anwendungen Titrationen: --> volumetrische Analysen
- Gewässer-, Wasser-, Abwasserbestimmung
Verfahren: 
- Säure-Base-Titrationen
- Redox-Titrationen
- Leitfähigkeitstitration
- komplexometrische Titration
- potentiometrische Titration (E-Chemie --> Bestimmung des Ionenprodukt von Wasser)

Question 60

Q

5.2 Titration von Kohlensäure in Sprudel

Answer

A

NaOH in Becherglas vorlegen + Sprudel –> darauf achten das möglischt wenig H2CO3 entweicht
pH Elektrode eintauchen
HCl bekannter Konz. titrieren
-> 2 pKs Werte der Kohelensäure können durch Titrationskurve ermittelt werden
pH-Titrationskurve: Wendepunkte
Titration: starke Säure mit starken Base –> Wendepunkt = Äquivalenzpunkt –> pH-Sprung –> vorgelegte Säure neutralisiert
Titration: schwachen Säure mit starken Base –> 2 Wendepunkte = Äquivalenzpunkt + Halbäquivalenzpunkt (Mitte der flach ansteigenden Kurve der schwachen Säure–> Pufferberich)
Henderson-Hasselbalch-Gleichung:
pH = pKs + log [c(A-)/c(HA)]
–> pH wert, bei dem der Wendepunkt auftritt, entspricht dem pKs Wert der Säurespezies in diesem Bereich
Titrationskurve: Bestimmung der Konzentration der Probelösung und pKs Wert der titrierten Säure
analog für Titration einer Base mit einer Säure, und Titration mehrprotoniger Säuren bzw. ihrer Basen

Question 61

Q

5.3 Konduktometrische Titration von Ba(OH)2 mit H2SO4 und HCl

Answer

A

Leitfähigkeitselektrode 5-10 V Wechselspannung anlegen
Becherglas mit gesättigter Ba(OH)2-Lösung + Rührfisch
Leitfähigkeitselektrode eintauchen
1. mit HCl titrieren
  1. mit H2SO4 titrieren
-> Löslichkeitsprodukt von Ba(OH)2 bestimmen
Leitfähigkeit: von Anzahl der elektrisch geladenen Teilchen (Ionen) und der Ionenbeweglichkeit (Ionenäquivalentleitfähigkeit) abhängig
Interpretation der Kurve beachten:
-> Ändert sich Gesamtzahl der Ionen während der Titration oder bleibt diese konstant? –> Kurvenverlauf hängt dann nur von der Ionenbeweglichkeit ab (z.B. Fällungstitration NaCl-Lösung mit AgNO3 Lösung –> Na+ + Cl- + AgNO3 –> Na+ + NO3- + AgCl )
Kurvenverlauf: hängt von unterschiedlichen Ionenbeweglichkeiten und Abnahme der Ionenkonzentration ab –> Titration von Ba(OH)2 mit H2SO4:
Ba2+ + 2 OH- + H2SO4 –> BaSO4 + 2 H2O
Steigung der Kurvenäste –> Ionenbeweglichkeit –> je steiler der Kurvenverlauf, desto größer die Ionenbeweglichkeit des Ions (wird entweder aus Lösung entfernt oder kommt hinzu)

Question 62

Q

5.4 Redoxtitration: Schweflige Säure in Weißwein

Answer

A

Wein in Erlenmeyerkolben –> + NaOH –> um Disulfitverbindungen zu hydrolysieren
mit H2SO4 ansäuern
KI/KIO3 Maßlösung dazu –> entsteht braune Lösung
1. Titrationsschritt: Iod mit Thiosulfat-Lösung bis zur Gelbfärbung titriert
Stärkelösung zugeben bis zur Blaufärbung
1. Titrationsschritt: mit Thiosulfat-Lösung bis zur Farblosigkeit titrieren
-> Welchen Gehalt an SO2 besitzt der Weißwein? –> Höchstmenge beträgt 224 mg/l
Iodmetrie als Redoxtitration
Reduktion von Iod zu Iodid
Ausgangslösung an Iod durch Komproportionierung von Iodat und Iodid Ionen hergestellt
5 I- + IO3- + 6 H3O+ –> 3 I2 + 9 H2O
Iod wird durch Sulfit-Ionen des Wein reduziert:
I2 + SO3(2-) + 3 H2O –> 2 I- + SO4(2-) + 2 H3O+
übriges Iod mit Rücktitration mit Thiosulfat-Lösung reduziert:
I2 + 2 S2O3(2-) –> 2 I- + S2O6(2-)
Probe enthaltene Menge an Sulfit –> berechnet sich aus Differenz der anfänglich eingesetzten bekannten Menge an Iod und Menge an noch titriertem Iod

Question 63

Q

5.5 Komplexometrische Titration von Ca2+ und Mg2+

Answer

A

Mineralwasser in Erlenmeyerkolben –> CO2 und HCO3- entfernen durch Zugabe von HCl und anschließendes kochen
abkühlen (Eiswasser)
Lösung mit Indikatortablette und konz. NH3 versetzen
mit EDTA zum Umschlag von rotorange nach grün titriert
-> Angaben mit Mineralwasserflasche vergleichen
Härte des Wassers = von gelösten Erdalkalimetallsalzen –> Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, CaSO4, MgSO4
Wasserhärte –> Bildung von Kesselstein (CaCO3) –> Ausfall von CaCO3 druch Gleichgewichtslage zwischen diesem und Calcium- und Hydrogencarbonat-Ionen:
Ca2+ + 2 HCO3- –> CaCO3 + H2O + CO2
durch Erhitzen von H2O –> CO2 verdrängt –> GG verschiebt sich auf Seite des ausgefällten Carbonat
längeres Erhitzen = gesamten Hydrogencarbonat-Ionen ausgefällt (CaCO3) –> Carbonhärte bzw. temporäre Härte (da z.B. durch Kochen beseitigt werden kann)
übrigen Ca-Ionen –> Gegenanionen SO4(2-) –> verursachen permanente Härte
Wasserhärte in mmol/l Erdalkali-Ion
Komplexometrisch = Härte einfach bestimmen:
Metallindikator –> zeigt unterschiedliche Farben, je nach dem ob er Metall-Ion koordiniert oder nicht
Maßlösung titriert, die chelatbildendes Reagenz enthält, das den anfänglich koordinierten Metall-Indikator verdrängt –> dieser sorgt in freier Form für Farbumschlag

Question 64

Q

9.1 Singulett-Sauerstoff: Mallet-Reaktion

Answer

A

Tropftrichter konz. HCl zu KMnO4 in Rundkolben tropfen lassen –> kontinuierlicher Strom von Chlorgas erzeugt –> in Flasche geleitet
Gaswaschflasche wurde zuvor mit NaOH + Perhydrol gefüllt und mit dem Rundkolben verbunden
Sauerstoffmolekül kann 3 Spinzustände annehmen
Triplettsauerstoff (3O2) –>je 1 e- mit gleichem Spin in den beiden antibindenden Pi*-Molekülorbitalen
energetisch höher liegende Singulettsauerstoff (1O2) –> beide e- mit entgegengesetzten Spin im selben antibindenden Pi*-Molekülorbital, andere bleibt leer
energiereichere seltene Form Singulettsauerstoff (1O2) –> je nur ein e- in den beiden antibindenden Pi*-Molekülorbitalen –> besitzen aber entgegengesetzten Spin
Triplett + Singulett: von Spinmultiplizität
normale Sauerstoff: 2 ungepaarte e- –> Gesamtspin: S = 2 * 0,5 = 1 und Spinmultiplizität von 2S + 1 = 2
Singulett Sauerstoff: jeder Spin durch entgegengesetzten aufgehoben –> Gesamtspin: S = 0 und Spinmultipliziät = 1 –> Singultett
Aufteilung der e- in Molekülorbitale –> Triplett-Sauerstoff = Paramagnetisch; Singulett-Sauerstoff = diamagnetisch
Übergang von Triplett- zur Singulettform und zurück –> Spinumkehr (aber quantenmechanisch verboten) –> Spinumkehr trotzdem wenn: bei photochemischer Anregung ein Sensibilisator verwendet wird oder wenn Singulett-Sauerstoff nicht durch Anregung des Grundzustands entsteht, sondern über chemische Reaktion erzeugt wird.
–> erneutes Zurückfallen in den Grundzustand –> indem 2 angeregte Moleküle ihre Spins austauschen oder mit beliebigen Stoßpartner austauschen –> tauschen 2 Singulett Sauerstoff ihre Spins und fallen in den Triplett Zustand –> Lichtquant wird frei (633nm) –> als orangerotes leuchten zu sehen
Singulett-Sauerstoff mit chemischen Reaktion in Versuch erzeugt –> Chlor in alkalischer Lösung Hypochlorit hergestellt –> setzt H2O2 und Singulett Sauerstoff frei:
HO-OH + OCl- –> HO-O- + H-OCl –> HO-OCl + OH- –> -O-OCl + H2O –> (1O2) + Cl-

Answer 65

A

Apparatur siehe S.82
Sauerstoffflasche über U-Rohr an Apparatur anschließen
Stärke Sauerstoff-Strom = Blase pro s eingestellt
ozonerzeugende Lampe im Reaktionsrohr = einschalten (Voltgerät daran anschließen) –> nicht länger als 5min
UV-Lampe so ausrichten, dass Fluoreszenzschirm anstrahlt –> ausleitende Glasrohr auf Fluoreszenzschirm gerichtet
-> Welche Reaktion läuft im Reaktionsrohr mit der Lampe ab?
O2 wird durch UV-Strahlung (<240nm) in Atome gespalten
reagieren mit weiteren Sauerstoff-Molekülen zu Ozon
O2 –> (hv) 2O
O + O2 –> O3
Ozonmolekül = hohes Absorptionsvermögen für UV-Strahlung (Lebensnotwendige Ozonschicht)
Zerfall = analog zur Bildung –> durch Sauerstoffatome oder durch UV-Strahlung (<310nm)
O3 –> (hv) O2 + O
O3 + O –> 2O2
–> Zerfall und Bildung von Ozon stehen im GG!

Answer 66

A

Apparatur siehe S.82
Sauerstoffflasche über U-Rohr an Apparatur anschließen
Stärke Sauerstoff-Strom = Blase pro s eingestellt
ozonerzeugende Lampe im Reaktionsrohr = einschalten (Voltgerät daran anschließen) –> nicht länger als 5min
UV-Lampe so ausrichten, dass Fluoreszenzschirm anstrahlt –> ausleitende Glasrohr auf Fluoreszenzschirm gerichtet
-> Welche Reaktion läuft im Reaktionsrohr mit der Lampe ab?
O2 wird durch UV-Strahlung (<240nm) in Atome gespalten
reagieren mit weiteren Sauerstoff-Molekülen zu Ozon
O2 –> (hv) 2O
O + O2 –> O3
Ozonmolekül = hohes Absorptionsvermögen für UV-Strahlung (Lebensnotwendige Ozonschicht)
Zerfall = analog zur Bildung –> durch Sauerstoffatome oder durch UV-Strahlung (<310nm)
O3 –> (hv) O2 + O
O3 + O –> 2O2
–> Zerfall und Bildung von Ozon stehen im GG!

Answer 67

A

Apparatur aus 9.2.1 in Betrieb
ausleitende Glasrohr auf angefeuchtetes Kaliumiodid-Stärke Papier und auf aufgeblasenen Luftballon gerichtet
Ozon = starkes Ox.mittel mit Standardpotential von E = 2,07V
oxidierende Wirkung: Blaufärben von Kaliumiodid-Stärke Papier und Gummi wird davon angegriffen(macht dieses porös –> Luftballon schrumpft)

Answer 68

A

RG mit Schwefel befüllen (1/3)
unter schütteln erhitzen –> Farb- und Viskositätsunterschiede
S = rotbraun + dünnflüssig –> in kaltes Wasser gießen
Kristalliner S = 2 Zustandsformen –> rhombische S (alpha-S, gelb, S8-Ringe) –> bei 95,6°C in monoklinen über (beta-S, gelb, S8-Ringe) –> sieht man bei erhitzen nicht!
ab 100°C sublimiert S
bei 119,6°C schmilzt monokliner S –> Schmelze besteht aus S8-Ringen (gamma-S, gelb)
zunehmender T wird Schmelze dunkelbraun und zähflüssig –> niedermolekulare S-Ringe (Pi-S, n=6-26)
wenn am zähflüssigsten: Schwefelketten(µ-S, dunkelbraun, Sx-Ketten mit x = 10^3-10^6)
weiter erhitzen: Schmelze wird dünnflüssiger + rotbraun –> Schwefelketten brechen
444,6°C Siedepunkt erreicht –> S-Dampf am RG-Rand
durch Abschrecken in kalten Wasser –> plastische Form erhalten –> bei RT geht in kristalline Form wieder umwandelt

Answer 69

A

Pappscheibe auf Overhead
Becherglas: Natriumthiosulfat + Wasser –> auf ausgeschnitte Loch in Pappscheibe stellen
wenig verd. HCl zugeben
Disproportionierungsreaktion
S2O3(2-) + 2 H3O+ –> SO2 + S + H2O
kolloidale S im Auflicht schmutzig weiß, im Durchlicht gelbrot –> kurzwellige Anteil des Lichts stärker gestreut wird

Answer 70

A

Tropftrichter halbkonz. H2SO4 in Rundkolben tropfen mit Natriumsulfit –> entwickelt sich SO2 –> in Waschflasche geleitet mit Fuchsin-Lösung, dann in zweite mit Calciumcarbonat und in dritte mit Fuchsin-Lösung
Notwendig: damit Umweltschäden durch sauren Regen hervorgerufen werden einzudämmen
Prinzip des Kalksteinverfahrens –> CaCO3 wird zu CaSO3 und dann durch Oxidation zu CaSO4 umgesetzt
Fuchsin-Lösung wird durch das SO2 entfärbt –> bildet fuchsinschweflige Säure (Schiffsches Reagenz) –> Nachweis für Aldehyde

Answer 71

A

Durchf.

2 Bechergläser, eins mit CuX und eins mit AgNO3
Cu-Elektrode, Ag-Elektrode
KNO3 getränkten Filterpapier

_________
Theorie:
- Galvanische Zelle (Vorrichtung zur spontanen Umwandlung von chemischer in elektrische Energie

________
1. Berechnen Sie aus der gemessenen Zellspannung die Freie Enthalpie des Redox-Prozesses.

Delta-G= - z * F * DeltaE

DeltaE = Zellspannung = E(Akzeptor)-E(Donator) = EMK (elektromotorische Kraft) bzw. Leerlaufspannung

Die Nernst-Gleichung beschreibt die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotentials eines Redox-Paares (Ox + z e− ⇌ Red)

U=R*I
G= U + p*V - T*S
   = H- T*S
\_\_\_\_\_\_\_
2. Berechnen Sie schließlich aus dem erhaltenen Wert der Freien Enthalpie und dem Wert der Reaktionsenthalpie die Entropie dieses Redox-Prozesses.

Delta-H aus vorigem Versuch ermittelt. Mithilfe des Wasserwerts aus dem Versuch davor.
d.h.:
Delta-H = W(el) = UIt
Wasserwert C = n*W(el) / Delta-T = Delta-H/Delta-T

Dewar-Gefäß mit Wasser gefüllt, an Netzgerät geschlossen bei 2 A. Spannung und Zeit t gemessen.

Anschließend:
Dewar-Gefäß mit Cu in AgNO3-Lösung. Anstieg von T notiert, zu Beginn und sobald konstant nach Anstieg.

Delta-H = C*Delta-T

Answer 72

A

— Elektrolyse von H2SO4, Pt-Elektroden, 5min bei ca. 125 mA

2: 1 - H2 und O2
Faraday‘sches Gesetz sagt m ~ Q,
d.h. abgeschiedene Stoffmenge ist proportional zur elektrischen Ladung, die durch den Elektrolyten geschickt wird.
In diesem Fall wird V genommen, da m~V, also V~Q.
Q = t*I(Stromstärke)
Faraday‘sches Gesetz besagt, durch eine bestimmte Ladungsmenge von 1 Mol e-, die abgeschiedene Masse eines Elements ist proportional zur Atommasse des abgeschiedenen Elements und umgekehrt proportional zu seiner Wertigkeit.
d.h. durch Ladungsmenge von 1mol e(-) wird 1mol von bspw. Ag(+) abgeschieden. Bei Cu(2+) würden dabei jedoch nur 0,5mol abscheiden.
n = Q/F*z

F = 96490 C/mol = Q/n = eN
experimentell bestimmbar.
n mithilfe von allgem. Gasgleichung aus V berechnen.
pV = nRT

z = 2 (da 2 H(+) in Wasser)
Q = t*I  [in C bzw. As]

Faraday-Konstante:

eine Naturkonstante,
die Ladungsmenge, die einem Mol e- entspricht
dann verwendet, wenn Stoffumsätze mit elektrischen Ladungen verknüpft sind, etwa bei Elektrolysen, zum Beispiel bei der Galvanik, oder bei Brennstoffzellen und Batterien

Answer 73

A

Überspannung ist die Differenz zwischen der theoretisch berechneten benötigten Spannung für eine Elektrolyse (quasi Umkehr zum entsprechenden galvanischen Element) und der tatsächlich aufgebrachten Spannung damit die Elektrolyse stattfindet, der Zersetzungsspannung.

Die Zersetzungsspannung, somit der Wert der Überspannung, ist von dem verwendeten Elektroden-Material abhängig.
(Bspw. bei Blei ist Überspannung von H2 zu hoch, sodass bei Elektrolyse von H2SO4 kein H2 abgeschieden wird und so Funktion von Bleiakkus ermöglicht)

Answer 74

A

Durchf.

In 16 RG : Zink-, Blei-, Kupfer- und Silberbleche je in Zn, Pb, Cu und Ag-Salz-Lösungen
in 4 weitere RG kommen Cu, Zn, und Fe-Späne. HCl dazutropfen

–> manche zeigen Reaktion, andere nicht.
–> Al und Zn mit HCl, Gasbildung, Zn löst sich auf
________
Theorie:
- erste Einführung in Elektrochemie
- qualitativ gezeigt, dass Metalle unterschiedliche Oxidations- bzw. Reduktionsvermögen haben

Ag am edelsten, es lässt auf allen Metallen ein Nds.
Zn-Lsg hinterlässt nichts auf den Metallen.

edel –> unedel:
Ag - Cu - Pb - Fe - Zn

je edler, desto geringer das Bestreben/Vermögen in den Ionenzustand zu gehen. Je unedler, desto größer das Reduktionsvermögen.

Daher reagiert Zn schneller mit HCl, Al langsamer und Cu gar nicht.

Answer 75

A

Durchf.

Zn-, Cu-, Pb- und Ag-Salz-Lösungen mit jeweiligen Elektroden, unterschiedlich kombiniert + gemessen
Zellspanungen messen

Standard-Potentiale

Theorie:
Unsere galvanische Zelle wird bei irgendeiner Temperatur betrieben, die Konzentration der Elektrolytlösungen in den einzelnen Halbzellen entspricht nicht der Konzentration 1 mol/L. Dann müssen wir die Potentialdifferenz der beiden Elektroden mit Hilfe der Nernst´schen Gleichung berechnen.

Wenn unter Standard-Bed. und mit 1mol-Lsg:
Dann können wir die Werte für die Potentiale der einzelnen Elektroden (bei Metallen: Redoxpaaren) auch aus der sogenannten elektrochemischen Spannungsreihe entnehmen.
Delta E° = DeltaE(Kathode)-DeltaE(Anode)

Da an Kathode Reduktion ist: Elektrode mit positiverem Normalpotential.
Anode: Elektrode mit negativerem Normalpotential

Answer 76

A

Durchf.

BG mit HCl gefüllt, Pt-Elektrode (mit H2 umspült) –> dient als Normal-Wasserstoffelektrode
3 weitere BG mit KCl, KBr, KI-Lösungen (1mol)
Elektrolyse mit 2 C-Elektroden, dann mit Normal-H2-Elektrode kurzgeschlossen
Voltometer zwischengeschaltet
KNO3-Brücke
Spannung messen

_______
Theorie:
- Elektroden für Redox-Paare mit gasförmigen Stoffen werden realisiert, indem ein inertes Metall (Pt) in eine 1 mol/l Lösung der Ionen (H+) getaucht und vom zugehörigen Gas (H2) bei einem Druck von 1 bar umspült wird.
- Elektrochemie auch mit Nichtmetallen möglich
- H2-Halbzelle bekommt per Def den Wert 0 und alle anderen relativ dazu dann.
- wobei 1 mol Hydroxoniumionen

–> zeigt dabei, dass Chlor höheres Potential besitzt, dann Br, dann Iod.
Je stärker positiv das Standardpotential ist, desto edler ist das Element.

d.h. Chlor wird eher reduziert, dann Brom, usw. Iod hat dabei das höchste Redoxpotential, es gibt am ehesten seine e- ab.
Die Ionen der Edelmetalle nehmen bereitwilliger Elektronen auf als die Ionen unedler Metalle, weshalb unter Standardbedingungen das Redoxpotential des Cu/Cu2+-Paares mit +0,35 V deutlich positiver ist, als das des Zn/Zn2+-Paares mit −0,76 V.

Answer 77

A

Durchf.

2 H2-Halbzellen
einmal mit 1M HCl und dann NaOH-Lsg unterschiedlicher c

______
Theorie:
- auch mit gleichem Element Spannung messbar, sofern Konzentrationen unterschiedlich sind
- diese Form der hallbzellenanordnung bezeichnet man als Konzentrationseement
–> damit lässt sich auch das Ionenprodukt des Wassers bestimmen
HCl-Lösung 1M + bekannte NaOH-Lsg, bspw. 0,1M
- Messen der Spannung, gibt Rückschluss auf H3O+ Konzentration in NaOH-Lsg
–> Nernstgleichung : Delta-E = 0,059V * log c(Ox)/c(Red)
–> 0,059V * log c(H3O+)/1
–> c(H3O+) = 10^(DeltaE/0,059V)

Answer 78

A

Durchf.

2 Pt- Elektroden
KMnO4-Lösung in ein BG, (NH4)2Fe(SO4)2 [Fe-II]in anderes (gleiche Konz.)
verbunden über KNO3
Zellspannung messen
konz. H2SO4 zu KMnO4
messen
konz. (NH4)Fe(SO4)2 [Fe-III] zu Eisen-Halbzelle
messen
zu Fe-Halbzelle dann festes NaF
messen
Ausgangslösungen nochmal, wobei eins mit Brenner erhitzt wird

____
Theorie:
- bsp für Ionenumladungsreaktion (Zelle mit Element und anderes Elektrodenmaterial)
- Abhängigkeit der Nernst-Gleichung von Konzentrationen und T zeigen
- E = E° + RT/zF * ln c(Ox)/c(Red)

Reduktionsvorgang:
- MnO4(-) + 8 H3O(+) + 5e- –> Mn(2+) + 12 H2O
somit Elektrodenpotential der Halbzelle:
E = E° + RT/5F ln c(MnO4-)*c(H3O+)/c(Mn2+)
–> Potentialveränderung durch Konzentrationsänderung einer der beteiligten Stoffe

Oxidationsvorgang:
- Fe2+ –> Fe3+ + e-
analog

Zshg. mit Gibbs:
Delta-G = -z*F * Delta-E

Answer 79

A

Durchf.

BG mit AgNO3-Lsg und ein BG mit KCl-Lsg
zur KCl-Lsg kommen paar Tropfen AgNO3, rühren
2 Ag-Bleche werden eingetaucht und Zellspannung messen
-> aus der Spannung das Löslichkeitsprodukt von AgCl berechnen

AgCl = 0,1mol/l 
KCl = 0,1 mol/l

_____
Theorie:
- Beispiel für Konzentrationselement aus 2 Ag-AgCl Halbzellen
- Anhand Spannung kann unbekannte Silber-Ionen-Konz. der einen Halbzell ermittelt werden

Delta-E = 0,059V log cAg+(1)/cAg+(2)

Ag/Ag+(c=0,1mol/l)//Ag+(c2)/Ag
Ox // Red

U = 0,059V (lg c1 - lg c2)
lg c1 - lg c2 = U/0,059V
lg c2 = - U/0,059V - lg c1

L(AgCl) = c2(Ag+) * c(Cl-)
= c2 * 0,1mol/l

Answer 80

A

Aufbau:
- Rohr mit ZrO2-Keramik? (Zirkonia, kubische Form) als Feststoffelektrolyt

Durchf.

Gasbrenner mit nichtleuchtender Flamme
an Öffnung halten (0,5cm über Brennerkopf)
Spannung von ca. 0,9V
dann ändern des Kraftstoff-Luft-Gemischs und Spannung beobachten

\_\_\_\_\_\_
Theorie:
- ZrO2 als Feststoffelektrolyt
- leitet O2 + 4e- --> 2 O(2-)
- eingesetzt in Autos um Verbrennung und Schadstoffe zu regulieren/kontrollieren

Answer 81

A

Durchf.

3 Eisennägel reinigen (bspw in Acorbinsääure)
ein Nagel biegen, eines durch ein Zinkblech gesteckt, drittes durch Cu-Blech
BG mit KNO3, 2ml Phenolphthalein-Lsg und Spatelspitze rotes Blutlaugensalz in Wasser
AgerAgar dazu und in Petrischale mit den Nägeln

______
Theorie:
- Lokalelemente und dadurch hervorgerufene Korrosion
- Versuch zeigt Rkt-Vorgänge dazu und Prinip der Opferanode
Opferanode: zum Schutz vor Korrosion

2 Arten von Korrosion: Säurekorrosion und Sauerstoffkorrosion (häufiger)

Säurekorrosion:
2 H+ + 2e- –> H2

Sauerstoffkorrosion:
O2 + 2 H2O + 4e- –> 4 OH-

Bei Eisen ..> Fe(OH)3 Niederschlag, der sofort mit mehr O2 zu Fe2O3 übergeht.

Rost wird meist als eine Kombi aus Fe(OH2), FeO, FeOOH, Fe2O3*H2O, Fe3O4
aber letztlich ist es ein Festkörper, mit dichtesten O(2-) bzw. OH- Packungen, die zum Ladungsausgleich Fe2+ oder 3+ eingelagert haben

Answer 82

A

Pb Elektroden
H2SO4 elektrolyt
Elektrolyse bei 4,5-6V
dann misst man Spannung

Theorie:

Bleiakku im Autos
Sekundärelement

Bei Elektrolyse:

am Pluspol: An: Ox. –> PbO2
am Minuspol: Kat: Red. von PbO2 bzw PbSO4 etc
entladen:
Pb + SO4(2-) –> PbSO4 + 2 e-
PbO2 + SO4(2-) + 4 H(+) + 2e- –> PbSO4 + 2 H2O

Gesamt:
Pb + PbO2 + 4 H3O(+) + 2 SO4(2-) –> 2 PbSO4 + 6 H2O

Blei löst sich nicht auf, wg Überspannung von H2 an Blei. Trotz niedrigem Potential von Pb

Answer 83

A

2 BG mit Laug
eine Zink und eine Graphit-Elektrode
Spannung messen

Theorie:
- 
Zn + 4 OH- --> Zn[OH]4(2-) + 2 e-
-
H2O + O2 + 4 e- --> 2 OH(-)

Answer 84

A

U-Rohr mit Fritte
palladinierte Ni-Elektroden-Netze
NaOH 5M
Elektrolyse und anschließend U und I messen

Theorie:
- Elektrolyse bringt H2 und O2

An: Ox: H2 + 2 OH(-) –> H2O
Kath: Red: O2 + 2 H2O –> 4 OH-

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