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Übungen: Die Energiebilanz beim Lösen

Zehn Übungen rund um Gitterenergie, Hydratationsenergie und die Frage: warm oder kalt?

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Übungsaufgaben

Zehn interaktive Übungen zum Klicken, Ziehen und Knobeln — von AFB I bis AFB III. Jede Übung gibt dir sofort Rückmeldung; bei kniffligen Aufgaben helfen dir die gestuften Tipps.

A1
Energie hinein oder heraus?
AFB I

Ordne jeden Vorgang ein: Muss Energie aufgewendet werden oder wird Energie frei?

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1endotherm: Energie wird aufgenommen
2exotherm: Energie wird frei
Trennen kostet Energie (Gitter aufbrechen, Schmelzen, Verdunsten), Zusammenlagern setzt sie frei (Hydratation, Kondensieren, Gitterbildung). Ob ein ganzer Lösungsvorgang warm oder kalt wird, hängt davon ab, welcher Teilschritt überwiegt.
A2
Lückentext: Die Fachbegriffe
AFB I

Setze die Fachbegriffe an die richtige Stelle — ein Wort bleibt übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Um die Ionen eines Salzes voneinander zu trennen, muss die werden. Lagern sich Wassermoleküle an die Ionen an, wird die . Die Summe beider Energien heißt .

„Aktivierungsenergie“ gehört zu chemischen Reaktionen, die erst angestoßen werden müssen — beim Lösen spielt sie hier keine Rolle.
A3
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen zur Energiebilanz beim Lösen.

5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Vorzeichen-Regel: + bedeutet „das System nimmt auf“, also wird die Umgebung kälter; − bedeutet „das System gibt ab“, die Umgebung wird wärmer.
A4
Rechenkette: Magnesiumchlorid
AFB II

Für Magnesiumchlorid MgCl₂ beträgt die Gitterenergie +2522 kJ/mol. Die Hydratationsenergien der Ionen: Mg²⁺ −1921 kJ/mol, Cl⁻ −378 kJ/mol (je Mol Ionen).

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Hydratationsenergie von 1 mol MgCl₂ (mit Vorzeichen) kJ/mol
  2. Lösungswärme (mit Vorzeichen) kJ/mol
  3. Frei werdende Wärme, wenn 0,1 mol gelöst werden kJ
Eine Formeleinheit MgCl₂ liefert ein Mg²⁺ und zwei Cl⁻: −1921 + 2 · (−378) = −2677 kJ/mol. Lösungswärme: 2522 + (−2677) = −155 kJ/mol, stark exotherm. 0,1 mol setzen 15,5 kJ frei — genug, um 100 mL Wasser um fast 37 °C zu erwärmen.
Ansatz: Wie viele Chlorid-Ionen stecken in einer Formeleinheit MgCl₂? Jedes wird hydratisiert.
Rechenweg: ELösung = EGitter + EHydratation; für 0,1 mol den Betrag mit 0,1 multiplizieren.
A5
Warm oder kalt?
AFB II

Angegeben sind Gitterenergie und Hydratationsenergie (je in kJ/mol). Kreuze an, was beim Lösen mit der Temperatur passiert.

Setze in jeder Zeile genau ein Kreuz. Enter setzt und löscht.
SalzLösung wird wärmerLösung wird kälter
Kaliumbromid: +690 / −670
Lithiumbromid: +819 / −868
Kaliumiodid: +650 / −630
Magnesiumbromid: +2440 / −2617
Nur der Vergleich der Beträge zählt: KBr +20 kJ/mol und KI +20 kJ/mol → kälter; LiBr −49 kJ/mol und MgBr₂ −177 kJ/mol → wärmer. Die kleinen, stark hydratisierten Ionen Li⁺ und Mg²⁺ geben den Ausschlag.
Ansatz: Ist der Betrag der Hydratationsenergie größer als die Gitterenergie, wird unterm Strich Energie frei.
Rechenweg: z. B. 690 + (−670) = +20: positiv, also endotherm.
A6
Wer bindet seine Hülle am stärksten?
AFB II

Ordne die Ionen nach dem Betrag ihrer Hydratationsenergie — oben der kleinste, unten der größte.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Cs⁺ (großes Ion, einfach geladen)
2K⁺ (mittelgroß, einfach geladen)
3Ba²⁺ (groß, zweifach geladen)
4Mg²⁺ (klein, zweifach geladen)
5Al³⁺ (sehr klein, dreifach geladen)
Literaturwerte (gerundet): Cs⁺ −264, K⁺ −322, Ba²⁺ −1305, Mg²⁺ −1921, Al³⁺ −4665 kJ/mol. Die Ladung wirkt stärker als die Größe: Selbst das große Ba²⁺ übertrifft das kleinere K⁺ um das Vierfache.
Ansatz: Sortiere zuerst nach der Ladung, bei gleicher Ladung nach der Größe.
Regel: Je höher die Ladung und je kleiner das Ion, desto stärker zieht es die Wasserdipole an.
A7
Mix: Der Teilschritt Hydratation (2.2.1)
AFB II

Welche Aussagen über den Teilschritt „Hydratation“ treffen zu?

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Hydratation ist Ion-Dipol-Anziehung (keine neue Bindung) und setzt Energie frei — nur mit Dipolmolekülen, nicht in Hexan. Die Gitterenergie wird aufgewendet, nicht geliefert, und beide Beträge sind fast nie gleich; sonst gäbe es keine Lösungswärme.
Ansatz: Erinnere dich an 2.2.1: Welche Kraft hält die Hydrathülle zusammen?
Energie: Zusammenlagern durch Anziehung setzt Energie frei — immer.
A8
Fehlersuche im Energiediagramm
AFB III

Eine Schülerin beschreibt ihr Energiediagramm für das Lösen von Silberchlorid (Gitterenergie +916 kJ/mol, Hydratationsenergie −851 kJ/mol). Drei Zeilen sind falsch.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Mit +65 kJ/mol ist der Lösungsvorgang so stark endotherm, dass die Verteilung der Ionen ihn nicht mehr ausgleicht: Silberchlorid ist praktisch unlöslich (nur etwa 2 mg pro Liter) — deshalb fällt es beim Chlorid-Nachweis als weißer Niederschlag aus.
A9
Ein Kühlpack für den Sanitätskasten
AFB III

Ein Sofort-Kühlpack enthält Wasser und ein Salz in getrennten Kammern. Drückt man darauf, platzt die innere Kammer und das Salz löst sich. Plane das Kühlpack.

Spiele den Ablauf Schritt für Schritt durch: Was passiert als Nächstes? Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
    Ein brauchbares Kühlpack braucht beides: einen endothermen Lösungsvorgang und ein gut lösliches Salz. Ammoniumnitrat erfüllt beides; aus 92 g werden rund 30 kJ Wärme aus der Umgebung aufgenommen.
    Ansatz: Ein Kühlpack braucht ein positives Vorzeichen — aber das Salz muss sich auch tatsächlich lösen.
    Rechenweg: Benötigte Stoffmenge = 30 kJ : 26 kJ/mol; dann mal 80 g/mol.
    A10
    Trickaufgabe: Rückwärts gerechnet
    AFB III

    Beim Lösen eines Salzes werden 20 kJ/mol Wärme frei. Seine Gitterenergie beträgt +600 kJ/mol. Wie groß ist die Hydratationsenergie (mit Vorzeichen)?

    Rechne selbst und trage das Ergebnis mit Vorzeichen ein — Enter prüft direkt.
    „Frei“ heißt ELösung = −20 kJ/mol. Aus −20 = 600 + EHydratation folgt EHydratation = −620 kJ/mol. Wer +20 einsetzt, kommt auf −580 — dann würde die Lösung abkühlen.
    Ansatz: Welches Vorzeichen hat eine Lösungswärme, bei der Energie frei wird?
    Rechenweg: EHydratation = ELösung − EGitter.