Thema 5, Wasserstoff Flashcards
Wie ist das Vorkommen von H2?
- Jedes 6 A. in Erdkruste, Hydrosphäre, Atmosphäre ist H.
- Im Universum 80% der A. Ist H2
Welche Isotope von H2 kennen Sie?
(1/1) H = Protium
(2/1) H = Deuterium
(3/1) H = Tritium
Welche Isotop kommt am meisten vor?
Protium 99,985%
Welche Isotop ist radioaktiv?
Wie ist seine Halbwertzeit (t1/2)?
Tritium
12,4 a
Was ist H2?
Ein farbloses, geruchloses, geschmackloses Gas
Wie sind die Siede- und Schmelzpunkte von H2?
Niedrig
Wie ist die Wasserlöslichkeit von H2?
Wenig wasserlöslich
In welchen Molekülen ist H2 am besten löslich?
Pd
Wie ist das Diffusionsvermögen von H2?
Hoh
Wie ist H2-Dichte? Wie wurde H2 im Bezug auf seine Dichte früher verwendet?
Geringe Dicht (<Luft)
Früher: Flülgas für Ballone (leichtbrennbar, daher keine solche Verwendung mehr)
Wie wird H2 heutzutage verwendet?
- chem. Synthese von Ammoniak und Methanol
- Fetthertung durch Hydrierung
- Heizgas
- Raketentreibstoff
- Schneiden von Metallen und autogenes Schweißen
- Herstellung von Metallen aus Metalloxiden
- Stromerzeugung im Brennstoffzellen
- Kraftstoff für Autos (Wasserstoffwirtschaft)
Wie wird H2 im Labor hergestellt?
Nennen sie die Beispielreaktionen.
1) Wasserelektrolyse (Strak elektropositive Metalle mit Wasser)
2Na + 2H2O -> H2 + 2NaOH
Ca + 2H2O -> H2 + Ca(OH)2
2) Unedle Metalle mit Säure
Zn + 2HCl -> H2 + ZnCl2
Wie kann man H2 im Labor nachweisen?
Knallgasprobe
Definieren Sie den Begriff Oxidationszahlen.
Oder Oxidationsstuffen = tatsächliche oder fiktive Ladungen, die den Atomen in einer Verbindung nach bestimmten Regeln zugewiesen werden.
Wie ist die Oxidationszahl von M. im Elementarzustand?
+/- 0
Wie ist die Ox.Zahl in Ionenverbindungen?
Ladung einarmiger Ionen = Ox-Zahl (tatsächliche Ladung)
Wie wird die Ox.Zahl bei Kovalentenverbindungen bestimmt?
Fiktive Ladung
1) gedanklich: Aufteilung in Ionen
2) Bindungselektronen gehen zum elektronegativeren Partner
Wasserstoffperoxid
H2O2
Salpetersäure
HNO3
Welche Regel im Bezug auf Lewisformel gibt es?
Bei Elementen der erste Achterperiode max. 8 Elektronen in der Valenzschale
Wie groß darf die Ox-Zahl sein?
Sie kann nicht größer, als die Gruppennummer sein. Ausnahme: 1 Nebengruppe (z.B Cu(II))
Wie kann man die max. neg. Ox-Zahl ausrechnen?
Die aktuelle Gruppen-Nummer minus 18
Kaliumpermanganat
KMnO4
Was ist eine Reduktion bei einer Redox-Reaktion?
Aufnahme von Elektronen -> Ox-Zahl sinkt
Was ist eine Oxidation bei einer Redox-Reaktion?
Abgabe von Elektronen -> Ox-Zahl erhöhte sich
Was ist ein Reduktionsmittel?
Ein Atom, der selbst oxidiert und somit reduzierend auf einen anderen Atom wirkt.
Was ist ein Oxidationsmittel?
Ein Atom, der selbst reduziert und somit oxidierend auf einen anderen Atom wirkt.
Was sind Redoxpaare?
Atompaare (ein Atom oxidier und anderer reduziert)
Salzsäure
HCl
Mit welchen Verfahren kann H2 technisch hergestellt werden?
- Steam-Reforming
- Thermisches Cracken
- Kohlevergasung
- Wasser-Shift-Reaktion (Kohlenmonoxid-Konvertierung)
- Chloralkali-Elektrolyse
Wie ist die Reaktionsgleichung bei Steam-Reforming?
CH4 + H2O —> CO + 3H2
(Hohe Tem., bis 40 bar, Ni-Kat)
Wie ist die Reaktionsgleichung bei Thermischen Cracken?
Aufbrechen der Verbindung:
C(n)H(2n + 2) —> CnH2n + H2
—> C(n-1)H(2n) + H2 + C
(Erdölproduckte, hohe Temperatut, Rußabscheidung)
Methan
CH4
Wie ist die Reaktionsgleichung bei Kohlevergasung?
C + H2O —> CO+H2
Was ist Wassergas?
CO+H2
Wie ist die Reaktionsgleichung bei Wassergas-Shift-Reaktion?
CO+H2O(g) <=> H2 + CO2
(Wassergasgleichgewicht)
Wie wird eine Gleichgewicht-Gleichung in einer Reaktion angemerkt?
Mit <=>
Wie ist die Reaktionsgleichung bei Chloralkali-Elektrolyse?
2 Na + 2 Cl + 2 H2O —> 2Na + 2 OH +H2+Cl2
Wie ist die Reaktivität von H2?
Reaktionstäge -> relativ hohe Bindungsenergie
Wie wird die Trägheit von H2 angewendet?
Langmuir-Fackel: um Metalle zu schmelzen (Rekombinationswärme)
Wie heißt die Knallgasgebläse und wozu wird sie verwendet?
Deniellscher Hahn:
zum Schmelzen von Quazglas
Erklären Sie die Unterschiede von Bunsenbrenner und Knallgasgebläse.
Knallgasgebläse:
H2/O2: bis zu 3000 °C
Bunsenbrenner:
Erdgas/Luft bis 1500 °C
Anwendungsbereiche von H2
In der Hitze werden mithilfe H2 aus Oxiden Metalle produziert.
Reduktion von Kupfer(II)-oxid zu elementarem Kupfer, schrieben Sie die Reaktion auf.
CuO + H2 -> Cu + H2O
Was passiert mit dem H2, wenn die Atome beim RT in Kontakt mit fein verteiltem Platin kommen?
H2 entzündet sich.
Was ist ein Katalysator?
Ein Stoff, dessen Anwesenheit die Geschwindigkeit einer Reaktion erhöht, ohne dass er selbst verbraucht wird.
Monosilan
SiH4
SiH4
Monosilan
Amminiak
NH3
NH3
Amminiak
Nennen Sie Beispiele von H2-Verbindungen mit den nicht Metllen.
Methan
Monosilan
Ammoniak
Wie ist die Reaktion von
-Methan
-Monosilan
-Ammoniak
mit Wasser?
- nicht möglich
- nicht möglich
- NH3 + H2O -> NH4 + OH (alkalische Reaktion)
Ammonium
NH4
NH4
Ammonium
Warum ist die Reaktion von H2O und Methan/Monosilan nicht möglich?
Was sind die Salzartige Hybride?
Stark elektropositive Metalle (Alkali-, Eradalkalimetalle, außer Be) + H2
Wie reagieren die Salzartige Hybride mit Wasser? Erklären Sie es am Beispiel von Caliumhydrit.
CaH2 + 2 H2O -> Ca(OH)2 + 2H2
Caliumhydrit
Caliumhydroxid
CaH2
Ca(OH)2
CaH2
Ca(OH)2
Caliumhydrit
Caliumhydroxid
Was haben Metallartige H2-Verbindungen?
Hohe elekt. Leitfähigkeit
Was bedeutet die Grenzzusammensetzung bei Metallartigen H2-Verbindungen? Nennen Sie ein Beispiel.
Es gibt eine bestimmte Anzahl an Lücken, dass H2 besetzen kann. Z. B. MH2 -> 2 Lücken pro Metall
Was sind unstöchiometrische Verbindungen?
Sie nicht als Moleküle betrachtet werden -> kristalline Phasen wechselnder Zusammensetzung
Welche Art der Verbindung sind Metallartigen H2-Verbindungen? Nennen Sie ein Beispiel.
Nicht-stöchiometrische Verbindungen
z.B. TiH1.0 bis 2.0
Wüstit
Eisen(II)-oxid
Fe1-xO
Fe1-xO
Wüstit
Wie wird Säure nach Arrhenius-Konzept definiert?
Stoff, der im wässriger Lsg. H+ abgibt und H3O+ bildet.
Oxonium-/Hydronium-Ion
H3O+
H3O+
Oxonium-/Hydronium-Ion
Wie wird Base nach Arrhenius-Konzept definiert?
Stoff, der im wässrigen Lösung OH- abgibt.
Arrhenius-Konzept: Nennen Sie eine Beispielreaktion von HCl und Wasser, NaOH und Wasser.
HCl + H2O -> H3O+ Cl
NaOH + H2O -> Na + OH
Salzsäure
HCl
HCl
Salzsäure
Was passiert nach Arrhenius-Konzept, wenn man Säure und Base mischt?
Nennen Sie eine Beispielreaktion.
Säure + Base -> Salz + Wasser + Neutralisationswärme/-energie (exoterm)
H3O + OH -> 2H2O
Natronlauge
NaOH
NaOH
Natronlauge
Welche Struktur hat H3O-Molekül?
Trigonal-pyramidal
Wie wird Säure nach Bronsted-Lowry-Konzept definiert?
Protonendonator (Bronsted-Sr.)
Wie wird Base nach Bronsted-Lowry-Konzept definiert?
Protonenakzeptor (Bronsted-Base)
Bronsted-Lowry-Konzept: Was ist Säure und was ist Base, was sind die Säure-Base-Paare in der Reaktionsgleichung (Salzsr. im Wasser)
HCl (Sr.1) + H2O (Base 2) <=> H3O (Sr.2)+ Cl (Base.1)
Säure-Base-Paare: HCl/Cl, H3O/H2O
Sprechweise: HCl ist konjugierte Sr. zu Cl
Wie wird Säure nach Lewis-Konzept definiert?
Teilchen, das unter Bildung einer Kovalente Bindung, ein Elektronenpaar anlagern kann. (Elektronenpaar-Akzeptor)
Wie wird Base nach Lewis-Konzept definiert?
Teilchen, das ein freies Elektronenpaar besitzt, mit dem eine kovalente Bindung, zu einem anderen Teilchen geknüpft werden kann (Elektronenpaar-Donator)
Nennen sie 2 Beispielreaktionen von Lewis-Base, -Säure
BF3 (LS) + F(-)(LB) -> BF4
Ag (LS) + 2 NH3 (LB) -> AgN2H6
Schreiben Sie die Reaktion in einer Brennstoffzelle auf.
H2 + 1/2O2 -> H2O + elektrische Energie
