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Übung — AFB I (Reproduzieren)

Zehn Grundaufgaben von der Elektronenabgabe bis zur Energiebilanz — wer sie sicher löst, hat die ersten Punkte der Arbeit schon.

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Aufgabenblock — AFB I

Zehn Standardaufgaben zum Reproduzieren: Regel kennen, anwenden, Ergebnis eintragen. Das sind die sicheren Punkte in jeder Arbeit — von der Elektronenabgabe über die Redoxreihe bis zur Energiebilanz und zum Donator-Akzeptor-Prinzip.

A1
Elektronenabgabe bei Barium
AFB I

Barium steht in der II. Hauptgruppe. Gib an, wie viele Elektronen ein Barium-Atom bei der Oxidation abgibt.

e⁻
Hauptgruppen-Metalle: Zahl der abgegebenen Elektronen = Hauptgruppennummer. Setze an: \(\mathrm{Ba}\longrightarrow\mathrm{ Ba^{?+}}+\mathrm{?\,e^-}\).
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\(\mathrm{Ba}\longrightarrow\mathrm{ Ba^{2+}}+\mathrm{2\,e^-}\) — Kontrolle: links \(0\), rechts \((+2)+2\cdot(-1)=0\). = 2 Elektronen
Ba−−?
Atomrumpf mit Außenschale
A2
Iod nimmt Elektronen auf
AFB I

Iod reagiert mit Kalium zu Kaliumiodid. Dabei wird Iod zu Iodid-Ionen \(\mathrm{I^-}\) reduziert. Nenne die Zahl der Elektronen, die ein Iod-Molekül \(\mathrm{I_2}\) aufnimmt.

e⁻
Reduktion: Elektronen stehen links. Iod bildet zweiatomige Moleküle: \(\mathrm{I_2}+\mathrm{?\,e^-}\longrightarrow\mathrm{ 2\,I^-}\).
Lösung anzeigen
\(\mathrm{I_2}+\mathrm{2\,e^-}\longrightarrow\mathrm{ 2\,I^-}\) — jedes der zwei Iod-Atome nimmt ein Elektron auf (VII. Hauptgruppe). = 2 Elektronen
II−−? e⁻I⁻I⁻
Aus einem Molekül werden zwei Ionen
A3
Phosphid-Ion
AFB I

Phosphor steht in der V. Hauptgruppe. Mit sehr unedlen Metallen bildet er Phosphid-Ionen mit Edelgas-Elektronenzahl. Bestimme die Zahl der Elektronen, die ein Phosphor-Atom dabei aufnimmt.

e⁻
Nichtmetalle: Sie nehmen so viele Elektronen auf, bis die Außenschale mit 8 Elektronen besetzt ist: \(8-5\).
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\(\mathrm{P}+\mathrm{3\,e^-}\longrightarrow\mathrm{ P^{3-}}\) — 5 Außenelektronen plus 3 ergibt das Oktett. = 3 Elektronen
P−−−−−5 Außenelektronen, 3 Plätze frei
Außenschale des Phosphor-Atoms
A4
Aluminium und Brom
AFB I

Aluminium reagiert heftig mit Brom zu Aluminiumbromid. Stelle die Teilgleichungen für Oxidation und Reduktion auf und gleiche die Elektronen über das kgV aus. Wie viele Elektronen werden in der Gesamtgleichung \(\mathrm{2\,Al}+\mathrm{3\,Br_2}\longrightarrow\mathrm{ 2\,AlBr_3}\) insgesamt übertragen?

e⁻
Teilgleichungen: \(\mathrm{Al}\longrightarrow\mathrm{ Al^{3+}}+\mathrm{3\,e^-}\) und \(\mathrm{Br_2}+\mathrm{2\,e^-}\longrightarrow\mathrm{ 2\,Br^-}\). kgV(3, 2) = ?
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kgV(3, 2) = 6: Oxidation \(\cdot 2\), Reduktion \(\cdot 3\). \(\mathrm{2\,Al}\longrightarrow\mathrm{ 2\,Al^{3+}}+\mathrm{6\,e^-}\), \(\mathrm{3\,Br_2}+\mathrm{6\,e^-}\longrightarrow\mathrm{ 6\,Br^-}\). = 6 Elektronen
−−−−−−6 e⁻ abgegeben−−−−−−6 e⁻ aufgenommen
Abgegeben = aufgenommen
A5
Metalle und Salzsäure
AFB I

Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt der Redoxreihe. Lies ab, wie viele der abgebildeten Metalle mit Salzsäure (Oxonium-Ionen \(\mathrm{H_3O^+}\)) Wasserstoff bilden.

Wasserstoff in der Redoxreihe: Metalle links von \(\mathrm{H_2}\) geben Elektronen an \(\mathrm{H_3O^+}\)-Ionen ab, Metalle rechts davon nicht.
Lösung anzeigen
Links von \(\mathrm{H_2}\) stehen K, Na, Mg, Al, Zn, Fe und Pb. Kupfer, Silber und Gold reagieren nicht. = 7 Metalle
unedeledelKNaMgAlZnFePbH₂CuAgAu
Redoxreihe (Ausschnitt), H₂ violett
A6
Ein Zinkstab, sechs Lösungen
AFB I

Ein blanker Zinkstab wird nacheinander in sechs Salzlösungen getaucht, die folgende Metall-Ionen enthalten: \(\mathrm{Mg^{2+}}\), \(\mathrm{Al^{3+}}\), \(\mathrm{Fe^{2+}}\), \(\mathrm{Pb^{2+}}\), \(\mathrm{Cu^{2+}}\), \(\mathrm{Ag^{+}}\). Ordne jeder Lösung „Belag“ oder „kein Belag“ zu und gib an, in wie vielen Lösungen sich ein Metall abscheidet.

Lösungen
Regel: Das unedlere Metall gibt Elektronen an die Ionen des edleren Metalls ab. Zink steht in der Reihe zwischen Aluminium und Eisen.
Lösung anzeigen
Belag in \(\mathrm{Fe^{2+}}\)-, \(\mathrm{Pb^{2+}}\)-, \(\mathrm{Cu^{2+}}\)- und \(\mathrm{Ag^{+}}\)-Lösung (Metalle rechts von Zink). Kein Belag bei \(\mathrm{Mg^{2+}}\) und \(\mathrm{Al^{3+}}\): Magnesium und Aluminium sind unedler als Zink. = 4 Lösungen
ZnPb²⁺
Zink in Blei-Ionen-Lösung: Belag
A7
Wasser in Atome zerlegen
AFB I

Die mittlere Bindungsenergie der O–H-Bindung beträgt 463 kJ/mol. Berechne die Energie, die nötig ist, um 1 mol Wassermoleküle vollständig in Atome zu zerlegen.

kJ
Spalten: Energie = Zahl der Bindungen \(\cdot\) Bindungsenergie. Ein \(\mathrm{H_2O}\)-Molekül hat zwei O–H-Bindungen.
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\(E_{\text{Spalten}}=2\cdot 463\ \mathrm{kJ}\) = 926 kJ
OHHO–H: 463 kJ/mol
Beide O–H-Bindungen müssen gespalten werden
A8
Kohlenstoffdioxid bilden
AFB I

Die mittlere Bindungsenergie der C=O-Bindung beträgt 799 kJ/mol. Ermittle mithilfe der Lewis-Formel die Energie, die frei wird, wenn 1 mol \(\mathrm{CO_2}\)-Moleküle aus freien Atomen gebildet wird. Gib den Betrag an.

kJ
Lewis-Formel: \(\mathrm{O{=}C{=}O}\) — zwei Doppelbindungen. Beim Bilden wird genau die Bindungsenergie frei.
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\(E_{\text{Bilden}}=2\cdot 799\ \mathrm{kJ}\) = 1598 kJ
OCOC=O: 799 kJ/mol
Zwei C=O-Doppelbindungen
A9
Exotherm oder endotherm?
AFB I

In einer Brennstoffzelle reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff. Für den Formelumsatz der Gleichung gilt: \(E_{\text{Spalten}}=1370\ \mathrm{kJ}\), \(E_{\text{Bilden}}=1852\ \mathrm{kJ}\). Bestätige durch Rechnung, dass die Reaktion exotherm ist. Gib \(\Delta E\) mit Vorzeichen ein.

kJ
Reaktionsenergie: \(\Delta E=E_{\text{Spalten}}-E_{\text{Bilden}}\). Setze ein: \(\Delta E=1370-1852\).
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\(\Delta E=1370\ \mathrm{kJ}-1852\ \mathrm{kJ}\) = −482 kJ — negativ, also exotherm: Das Bilden liefert mehr Energie, als das Spalten kostet.
freie AtomeEdukteProdukte+1370−1852ΔE = ?
Energietreppe über die freien Atome
A10
Welche sind Redoxreaktionen?
AFB I

Gegeben sind sechs Reaktionen:

(1) \(\mathrm{Mg}+\mathrm{2\,H_3O^+}\longrightarrow\mathrm{ Mg^{2+}}+\mathrm{H_2}+\mathrm{2\,H_2O}\)
(2) \(\mathrm{H_3O^+}+\mathrm{OH^-}\longrightarrow\mathrm{ 2\,H_2O}\)
(3) \(\mathrm{2\,Li}+\mathrm{Cl_2}\longrightarrow\mathrm{ 2\,LiCl}\)
(4) \(\mathrm{Ag^+}+\mathrm{Cl^-}\longrightarrow\mathrm{ AgCl}\)
(5) \(\mathrm{NH_3}+\mathrm{H_2O}\longrightarrow\mathrm{ NH_4^+}+\mathrm{OH^-}\)
(6) \(\mathrm{Cl_2}+\mathrm{2\,Br^-}\longrightarrow\mathrm{ 2\,Cl^-}+\mathrm{Br_2}\)

Tim behauptet: „Das sind vier Redoxreaktionen — überall, wo ein Salz oder Ionen entstehen.“ Überprüfe die Behauptung und gib die richtige Anzahl der Redoxreaktionen an.

Prüffrage: Ändert ein Atom oder Ion seine Ladung durch Elektronenübergang? Dann Redox. Wandert nur ein \(\mathrm{H^+}\): Säure-Base.
Lösung anzeigen
Redox sind (1), (3) und (6): \(\mathrm{Mg\to Mg^{2+}}\), \(\mathrm{Li\to Li^+}\), \(\mathrm{Br^-\to Br_2}\). (2) und (5) sind Säure-Base-Reaktionen (Protonenübergang), (4) ist eine Fällung — weder noch. Tims Kriterium „Salz entsteht“ taugt nicht. = 3 Redoxreaktionen