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Übung AFB I

Zehn Grundaufgaben quer durch die Kohlenwasserstoffe — wer sie sicher löst, hat die ersten Punkte der Klausur schon.

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Aufgabenblock — AFB I

Zehn Standardaufgaben zum Reproduzieren: Regel oder Formel kennen, anwenden, Zahl eintragen. Das sind die sicheren Punkte in jeder Klausur — von der Summenformel über Namen und Isomere bis zur Löslichkeit.

A1
Summenformel eines Alkans
AFB I

Ein Alkan-Molekül enthält 12 Kohlenstoffatome (Dodecan). Wie viele Wasserstoffatome hat es?

Allgemeine Summenformel der Alkane: CₙH₂ₙ₊₂. Setze ein: n = 12.
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CₙH₂ₙ₊₂ mit n = 12: 2 · 12 + 2 = 26, also C₁₂H₂₆. = 26 H-Atome
A2
Summenformel eines Alkens
AFB I

Ein Alken hat fünf Kohlenstoffatome und genau eine C=C-Doppelbindung (Penten). Wie viele Wasserstoffatome enthält ein Molekül?

Allgemeine Summenformel der Alkene: CₙH₂ₙ — die Doppelbindung „kostet“ zwei H-Atome. Setze ein: n = 5.
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CₙH₂ₙ mit n = 5: 2 · 5 = 10, also C₅H₁₀. = 10 H-Atome
A3
Molare Masse von Heptan
AFB I

Heptan (C₇H₁₆) ist Bestandteil von Benzin. Berechne die molare Masse. Verwende M(C) = 12 g/mol und M(H) = 1 g/mol.

g/mol
Molare Masse: Summe der molaren Massen aller Atome im Molekül. Setze ein: 7 · 12 g/mol + 16 · 1 g/mol.
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M = 7 · 12 g/mol + 16 · 1 g/mol = 84 g/mol + 16 g/mol = 100 g/mol
A4
Organisch oder anorganisch?
AFB I

Gegeben sind acht Stoffe: Methan CH₄, Kohlenstoffdioxid CO₂, Ethanol C₂H₅OH, Calciumcarbonat CaCO₃, Propan C₃H₈, Kohlenstoffmonooxid CO, Glucose C₆H₁₂O₆, Natriumchlorid NaCl. Wie viele davon zählen zu den organischen Stoffen?

Regel: Organisch sind Kohlenstoffverbindungen — außer den Oxiden des Kohlenstoffs (CO, CO₂), der Kohlensäure und den Carbonaten.
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Organisch: CH₄, C₂H₅OH, C₃H₈, C₆H₁₂O₆. Anorganisch: CO₂ und CO (Oxide), CaCO₃ (Carbonat), NaCl (kein C). = 4 Stoffe
A5
Lokant einer Seitenkette
AFB I

Das rechts abgebildete Alkan hat die Halbstrukturformel CH₃–CH₂–CH(CH₃)–CH₂–CH₂–CH₃. Welcher Lokant (Nummer) gehört im korrekten IUPAC-Namen vor „Methyl“?

Regel: Längste Kette suchen, dann so nummerieren, dass die Seitenkette die kleinstmögliche Nummer bekommt.
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Die Hauptkette hat 6 C-Atome (Hexan). Von links gezählt sitzt die Methylgruppe an C3, von rechts an C4 — gewählt wird die kleinere Zahl: 3-Methylhexan. = 3
Skelettformel: jede Ecke und jedes Linienende ist ein C-Atom
A6
Isomere von Pentan
AFB I

Wie viele Strukturisomere gibt es mit der Summenformel C₅H₁₂?

Vorgehen: Unverzweigte Kette zeichnen, dann Kette um ein C kürzen und die Methylgruppe setzen, dann um zwei kürzen. Gedrehte Bilder desselben Moleküls nicht doppelt zählen.
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Pentan (unverzweigt), 2-Methylbutan und 2,2-Dimethylpropan. Eine Methylgruppe an C3 von Butan wäre wieder 2-Methylbutan. = 3 Isomere
A7
Tertiäre C-Atome zählen
AFB I

Wie viele tertiäre Kohlenstoffatome enthält ein Molekül 2,3-Dimethylpentan (Skelettformel rechts)?

Einteilung: Gezählt werden die direkt gebundenen C-Atome: 1 → primär, 2 → sekundär, 3 → tertiär, 4 → quartär.
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C2 ist an C1, C3 und eine Methylgruppe gebunden (3 C-Nachbarn), C3 an C2, C4 und eine Methylgruppe (3 C-Nachbarn). Alle übrigen C-Atome haben höchstens 2 C-Nachbarn. = 2 tertiäre C-Atome
2,3-Dimethylpentan
A8
Bindende Elektronenpaare in Propan
AFB I

Zeichne gedanklich die Strukturformel (Lewis-Formel) von Propan C₃H₈. Wie viele bindende Elektronenpaare enthält ein Molekül?

Lewis-Formel: Jeder Bindungsstrich ist ein bindendes Elektronenpaar. Zähle C–C- und C–H-Bindungen getrennt.
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2 C–C-Bindungen + 8 C–H-Bindungen = 10 Bindungsstriche. Freie Elektronenpaare gibt es in Alkanen nicht. = 10 Paare
A9
Elektronegativitätsdifferenz
AFB I

Berechne die Elektronegativitätsdifferenz ΔEN der O–H-Bindung. Verwende EN(O) = 3,5 und EN(H) = 2,2.

ΔEN: größerer EN-Wert minus kleinerer EN-Wert. Setze ein: 3,5 − 2,2.
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ΔEN = 3,5 − 2,2 = 1,3. Die Bindung ist polar (0,4 < ΔEN < 1,7); das O-Atom trägt die negative Teilladung δ−. = 1,3
A10
Mischbar mit Heptan
AFB I

Heptan ist ein unpolares Lösemittel. Wie viele der folgenden Flüssigkeiten mischen sich mit Heptan: Pentan, Wasser, Waschbenzin (Alkangemisch), Kochsalzlösung, Speiseöl?

Regel: „Ähnliches löst sich in Ähnlichem.“ Unpolare (lipophile) Stoffe mischen sich mit unpolaren, polare (hydrophile) mit polaren.
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Pentan, Waschbenzin und Speiseöl sind unpolar bzw. lipophil und mischen sich mit Heptan. Wasser und Kochsalzlösung sind polar bzw. hydrophil und bilden eine zweite Phase. = 3 Flüssigkeiten