Ionen und Salze: Übungen AFB II – Chemie Klasse 9

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Aufgabenblock — AFB II

Zehn Aufgaben aus dem ganzen Kapitel, die mehrere Schritte verbinden: Ladung aus dem PSE, Formel, Elektronenbilanz und Stoffmenge. Erst den Ansatz überlegen, dann rechnen — mit gestuften Tipps, wenn du nicht weiterkommst.

Magnesium verbrennt

AFB II

Ein Magnesiumband verbrennt mit greller Flamme zu weißem Magnesiumoxid: 2 Mg + O₂ → 2 MgO.

a) Gib an, wie viele Elektronen ein Magnesiumatom abgibt. b) Ermittle, wie viele Elektronen bei der Reaktionsgleichung oben insgesamt übertragen werden.

a) Elektronen =

b) Elektronen =

Ansatz: Mg: II. Hauptgruppe. Zähle die Mg-Atome in der Gleichung.

Rechenweg: a) Mg → Mg²⁺ + 2 e⁻. b) 2 Mg-Atome · 2 e⁻ = 4 e⁻.

Lösung: a) 2 b) 4

Vollständige Lösung

Jedes Mg-Atom gibt seine 2 Valenzelektronen ab (Mg → Mg²⁺ + 2 e⁻). In der Gleichung reagieren 2 Mg-Atome, also werden 4 Elektronen übertragen — genau so viele, wie das O₂-Molekül aufnimmt (2 O-Atome · 2 e⁻). Hinweis: Abgegebene und aufgenommene Elektronen sind immer gleich viele.

Aluminiumchlorid

AFB II

Aluminium reagiert heftig mit Chlor zu Aluminiumchlorid.

a) Bestimme den Index x in der Verhältnisformel AlCl_x. b) Gib an, wie viele Elektronen bei der Bildung einer Formeleinheit übertragen werden.

a) x =

b) Elektronen =

Ansatz: Ionenladungen aus dem PSE: Al (III. HG), Cl (VII. HG).

Rechenweg: Al³⁺ braucht drei Cl⁻ für die Gesamtladung 0; jedes Cl-Atom nimmt 1 e⁻ auf.

Lösung: a) 3 b) 3

Vollständige Lösung

Aluminium bildet Al³⁺, Chlor bildet Cl⁻. Für eine neutrale Formeleinheit braucht man drei Chlorid-Ionen: AlCl₃. Das Al-Atom gibt dabei 3 Elektronen ab, jedes der drei Cl-Atome nimmt eines auf. Hinweis: Der Index gibt das Zahlenverhältnis der Ionen an, nicht eine Molekülgröße.

Magnesiumnitrid

AFB II

Verbrennt Magnesium an der Luft, entsteht neben Magnesiumoxid auch etwas Magnesiumnitrid aus Mg²⁺- und Nitrid-Ionen.

a) Bestimme die Anzahl der Mg²⁺-Ionen und b) die Anzahl der Nitrid-Ionen in der Verhältnisformel.

a) Mg²⁺ =

b) Nitrid-Ionen =

Ansatz: Stickstoff steht in der V. Hauptgruppe: 8 − 5 = 3 aufgenommene Elektronen → N³⁻.

Rechenweg: kgV(2; 3) = 6: drei Mg²⁺ (+6) und zwei N³⁻ (−6).

Lösung: a) 3 b) 2 → Mg₃N₂

Vollständige Lösung

Das Nitrid-Ion ist N³⁻. Die Ladungen 2+ und 3− gleichen sich erst beim kleinsten gemeinsamen Vielfachen 6 aus: 3 · (+2) = +6 und 2 · (−3) = −6. Formel: Mg₃N₂. Hinweis: Kreuzregel — die Ladungszahl des einen Ions wird zum Index des anderen.

Kochsalz aus den Elementen

AFB II

Natrium reagiert mit Chlor zu Natriumchlorid: □ Na + Cl₂ → □ NaCl.

a) Ergänze den Koeffizienten vor NaCl. b) Gib an, wie viele Elektronen ein Chlor-Molekül insgesamt aufnimmt.

a) Koeffizient =

b) Elektronen =

Ansatz: Chlor liegt als zweiatomiges Molekül Cl₂ vor. Jedes Cl-Atom wird zu Cl⁻.

Rechenweg: 2 Na + Cl₂ → 2 NaCl; Cl₂ + 2 e⁻ → 2 Cl⁻.

Lösung: a) 2 b) 2

Vollständige Lösung

Ein Cl₂-Molekül liefert zwei Chlorid-Ionen, also entstehen zwei Formeleinheiten NaCl, und dafür braucht man zwei Natriumatome: 2 Na + Cl₂ → 2 NaCl. Das Molekül nimmt insgesamt 2 Elektronen auf (von zwei Na-Atomen). Hinweis: „NaCl₂“ wäre falsch — die Formel des Salzes ändert sich nicht durch das Ausgleichen.

Ionen in einer Prise Salz

AFB II

In einem Rezept stehen 11,7 g Kochsalz (M(NaCl) = 58,5 g/mol, N_A = 6,022 · 10²³ mol⁻¹).

a) Berechne die Stoffmenge. b) Berechne die Anzahl der Natrium-Ionen (Angabe als Vielfaches von 10²³).

a) n(NaCl) = mol

b) N(Na⁺) = · 10²³

Ansatz: n = m : M; jede Formeleinheit NaCl enthält genau ein Na⁺-Ion.

Rechenweg: n = 11,7 g : 58,5 g/mol = 0,2 mol; N = 0,2 mol · 6,022 · 10²³ mol⁻¹.

Lösung: a) 0,2 mol b) ≈ 1,2 · 10²³

Vollständige Lösung

n(NaCl) = 11,7 g : 58,5 g/mol = 0,2 mol. Da jede Formeleinheit ein Na⁺ enthält, gilt n(Na⁺) = 0,2 mol und N(Na⁺) = 0,2 mol · 6,022 · 10²³ mol⁻¹ ≈ 1,2 · 10²³. Hinweis: Die gleiche Anzahl Cl⁻-Ionen ist ebenfalls vorhanden — insgesamt also doppelt so viele Ionen.

Chlorid-Gehalt bestimmen

AFB II

2,925 g Natriumchlorid werden in Wasser gelöst, angesäuert und mit Silbernitrat-Lösung im Überschuss versetzt. Es fällt Silberchlorid aus (M(Ag) = 108 g/mol, M(Cl) = 35,5 g/mol).

a) Berechne die Stoffmenge der Chlorid-Ionen. b) Berechne die Masse des Niederschlags.

a) n(Cl⁻) = mol

b) m(AgCl) = g

Ansatz: n(Cl⁻) = n(NaCl) = m : M. Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl: aus jedem Cl⁻ wird eine Formeleinheit AgCl.

Rechenweg: a) 2,925 g : 58,5 g/mol = 0,05 mol. b) M(AgCl) = 143,5 g/mol; m = 0,05 mol · 143,5 g/mol.

Lösung: a) 0,05 mol b) ≈ 7,18 g

Vollständige Lösung

n(Cl⁻) = n(NaCl) = 2,925 g : 58,5 g/mol = 0,05 mol. Nachweisreaktion: Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓. Also entstehen 0,05 mol AgCl mit M = 108 + 35,5 = 143,5 g/mol: m = 0,05 mol · 143,5 g/mol ≈ 7,18 g weißer Niederschlag. Hinweis: Na⁺ und NO₃⁻ bleiben gelöst und spielen keine Rolle.

Gleiche Elektronenhülle

AFB II

Das Sulfid-Ion S²⁻ (Ordnungszahl von Schwefel: 16) hat die gleiche Elektronenhülle wie ein Edelgas.

a) Bestimme die Elektronenzahl von S²⁻. b) Ermittle die Ordnungszahl des Elements, dessen 2+-Ion genau so viele Elektronen hat.

a) Elektronen =

b) Ordnungszahl =

Ansatz: Anion: Elektronen = Protonen + Ladungszahl. Kation mit 2+: Protonen = Elektronen + 2.

Rechenweg: a) 16 + 2 = 18 (wie Argon). b) 18 + 2 = 20.

Lösung: a) 18 b) 20 (Calcium)

Vollständige Lösung

S²⁻ hat 16 + 2 = 18 Elektronen — die Hülle von Argon. Ein 2+-Ion mit 18 Elektronen muss 20 Protonen besitzen: Calcium, Ca²⁺. Hinweis: S²⁻, Cl⁻, Ar, K⁺ und Ca²⁺ haben alle dieselbe Elektronenanordnung, aber verschiedene Kerne.

Ausschnitt aus dem Gitter

AFB II

Ein würfelförmiger Ausschnitt aus dem Natriumchlorid-Gitter enthält 3 × 3 × 3 Ionen. An den acht Ecken sitzen Na⁺-Ionen.

a) Ermittle die Anzahl der Na⁺-Ionen und b) die Anzahl der Cl⁻-Ionen in diesem Ausschnitt.

a) Na⁺ =

b) Cl⁻ =

Ansatz: Im Gitter wechseln sich Na⁺ und Cl⁻ in jeder Richtung ab. Sortiere nach Ecken, Kantenmitten, Flächenmitten, Würfelmitte.

Rechenweg: Ecken (8) und Flächenmitten (6) gehören zu einer Sorte, Kantenmitten (12) und Mitte (1) zur anderen.

Lösung: a) 14 b) 13

Vollständige Lösung

Weil die Ionen sich in jeder Richtung abwechseln, sind Ecken und Flächenmitten mit Na⁺ besetzt: 8 + 6 = 14. Kantenmitten und Würfelmitte tragen Cl⁻: 12 + 1 = 13. Zusammen 27 Ionen. Hinweis: Im ganzen Kristall ist das Verhältnis exakt 1 : 1 — der kleine Ausschnitt hat nur Randeffekte.

Eisen(III)-chlorid

AFB II

Eisen(III)-chlorid wird zum Ätzen von Leiterplatten verwendet. Es enthält Fe³⁺- und Chlorid-Ionen (M(Fe) = 56 g/mol, M(Cl) = 35,5 g/mol).

a) Bestimme den Index des Chlors in der Verhältnisformel. b) Berechne die molare Masse.

a) Index =

b) M = g/mol

Ansatz: Die römische Ziffer (III) nennt die Ladung des Eisen-Ions.

Rechenweg: FeCl₃; M = 56 g/mol + 3 · 35,5 g/mol.

Lösung: a) 3 b) 162,5 g/mol

Vollständige Lösung

Fe³⁺ wird von drei Cl⁻ ausgeglichen: FeCl₃. M = 56 g/mol + 3 · 35,5 g/mol = 56 g/mol + 106,5 g/mol = 162,5 g/mol. Hinweis: Bei Nebengruppen-Metallen lässt sich die Ladung nicht aus dem PSE ablesen — deshalb steht sie im Namen.

A10

Ionen in Lösung

AFB II

0,2 mol Aluminiumchlorid werden vollständig in Wasser gelöst. Das Salz zerfällt dabei in seine Ionen.

a) Berechne die Stoffmenge der Chlorid-Ionen. b) Berechne die Stoffmenge aller gelösten Ionen zusammen.

a) n(Cl⁻) = mol

b) n(Ionen) = mol

Ansatz: Formel zuerst: AlCl₃. Beim Lösen: AlCl₃ → Al³⁺ + 3 Cl⁻.

Rechenweg: a) 3 · 0,2 mol. b) 0,2 mol Al³⁺ + 0,6 mol Cl⁻.

Lösung: a) 0,6 mol b) 0,8 mol

Vollständige Lösung

Aus jeder Formeleinheit AlCl₃ entstehen ein Al³⁺ und drei Cl⁻. n(Cl⁻) = 3 · 0,2 mol = 0,6 mol, dazu 0,2 mol Al³⁺: zusammen 0,8 mol Ionen. Hinweis: Deshalb leitet eine AlCl₃-Lösung besser als eine NaCl-Lösung gleicher Stoffmenge.

Übung AFB II

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