Der Versuch im Abzug
AFB I–IIIm Chemieunterricht wird ein Stück Natrium auf einem Verbrennungslöffel geschmolzen und in einen Standzylinder mit Chlorgas gehalten. Das Natrium verbrennt mit greller gelber Flamme, es bildet sich weißer Rauch, und an der Zylinderwand setzt sich ein weißer Feststoff ab.
- Stelle die Wortgleichung und die Reaktionsgleichung mit Formeln für diese Reaktion auf.
- Beschreibe die Vorgänge bei dieser Reaktion auf der Ebene der Teilchen.
- Berechne die Masse an Natriumchlorid, die aus 1,15 g Natrium höchstens entstehen kann (M(Na) = 23 g/mol, M(Cl) = 35,5 g/mol).
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Natrium + Chlor → Natriumchlorid
\(2\,\mathrm{Na} + \mathrm{Cl_2} \rightarrow 2\,\mathrm{NaCl}\) (exotherm)
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Jedes Natrium-Atom gibt sein einziges Außenelektron ab und wird zum Natrium-Ion \(\mathrm{Na^+}\) (Neon-Konfiguration). Die Chlor-Moleküle werden in Atome gespalten; jedes Chlor-Atom nimmt ein Elektron auf und wird zum Chlorid-Ion \(\mathrm{Cl^-}\) (Argon-Konfiguration). Die entgegengesetzt geladenen Ionen ziehen sich an und lagern sich zu einem Ionengitter zusammen (Ionenbindung). Dabei wird viel Energie als Licht und Wärme frei.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(n(\mathrm{Na}) = \dfrac{1{,}15\,\mathrm{g}}{23\,\mathrm{g/mol}} = 0{,}05\,\mathrm{mol}\), also \(n(\mathrm{NaCl}) = 0{,}05\,\mathrm{mol}\).
\(M(\mathrm{NaCl}) = 23 + 35{,}5 = 58{,}5\,\mathrm{g/mol}\)
\(m(\mathrm{NaCl}) = 0{,}05\,\mathrm{mol} \cdot 58{,}5\,\mathrm{g/mol} \approx 2{,}9\,\mathrm{g}\)
Kalium und Brom
AFB II–IIIKalium reagiert mit flüssigem Brom heftig zum Salz Kaliumbromid (KBr). Die Tabelle zeigt, welche Energie bei den einzelnen Teilvorgängen benötigt (+) oder frei (−) wird. Die Werte sind so gerechnet, als liefen die Teilvorgänge nacheinander ab.
| Teilvorgang | Energie in kJ/mol |
|---|---|
| Kalium-Atome aus dem Metall lösen | +89 |
| Brom verdampfen und in Atome spalten | +112 |
| \(\mathrm{K \rightarrow K^+ + e^-}\) | +419 |
| \(\mathrm{Br + e^- \rightarrow Br^-}\) | −325 |
| \(\mathrm{K^+}\) und \(\mathrm{Br^-}\) bilden das Ionengitter | −689 |
- Erläutere anhand der Tabelle, warum die Übertragung eines Elektrons vom Kalium-Atom auf das Brom-Atom allein noch keine Energie liefert.
- Ermittle die Energie, die insgesamt bei der Bildung von 1 mol Kaliumbromid umgesetzt wird, und gib an, ob die Reaktion exotherm oder endotherm ist.
- Beurteile die Aussage: „Die Reaktion läuft nur ab, weil die Brom-Atome unbedingt ein Elektron haben wollen.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Für die Abgabe des Elektrons vom Kalium-Atom werden 419 kJ/mol benötigt, bei der Aufnahme durch das Brom-Atom werden nur 325 kJ/mol frei. Die Elektronenübertragung allein kostet also unterm Strich 94 kJ/mol — dazu kommen noch 89 und 112 kJ/mol, um überhaupt einzelne Atome zu erhalten.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(89 + 112 + 419 - 325 - 689 = -394\). Insgesamt werden 394 kJ pro mol Kaliumbromid frei: Die Reaktion ist exotherm.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die Aussage ist nicht haltbar. Atome „wollen“ nichts — das ist eine Vermenschlichung. Energetisch betrachtet setzt die Elektronenaufnahme durch Brom (−325 kJ/mol) weniger Energie frei, als Abgabe und Atomisierung kosten. Entscheidend ist die Bildung des Ionengitters (−689 kJ/mol): Die Anziehung zwischen \(\mathrm{K^+}\) und \(\mathrm{Br^-}\) setzt so viel Energie frei, dass die Gesamtreaktion exotherm ist. Die Edelgaskonfiguration der Ionen erklärt, welche Ionen entstehen, aber nicht, warum die Reaktion freiwillig abläuft.