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Übungsaufgaben
Zehn Übungen von AFB I bis AFB III — jede gibt dir sofort Rückmeldung, bei Schwierigkeiten helfen zwei gestufte Tipps.
A1
Geeignete Monomere
AFB INennen Sie alle Stoffe, die sich radikalisch polymerisieren lassen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Voraussetzung ist eine C=C-Doppelbindung; gesättigte Moleküle können kein Radikal addieren.
Ansatz: Woran addiert das Radikal?
Weiter: Gesättigte Moleküle fallen heraus.
A2
Ablauf bei Vinylchlorid
AFB IOrdnen Sie die Schritte der radikalischen Polymerisation von Vinylchlorid.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Ein Peroxid-Initiator spaltet sich beim Erwärmen homolytisch in zwei Radikale.
2Ein Initiatorradikal addiert an die C=C-Bindung eines Vinylchlorid-Moleküls.
3Das entstandene Radikal addiert ein weiteres Vinylchlorid-Molekül — immer wieder.
4Zwei wachsende Radikal-Enden treffen aufeinander.
5Die Enden rekombinieren; eine gesättigte PVC-Kette liegt vor.
Start → Wachstum → Abbruch: Der Abbruch verbraucht zwei Radikale gleichzeitig.
Ansatz: Womit beginnt jede Kettenreaktion?
Weiter: Der Abbruch kommt zuletzt.
A3
Monomer und Polymer
AFB IGeben Sie zu jedem Monomer den Namen des Polymers an.
Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Der Polymername entsteht aus „Poly“ + Monomername, auch wenn im Polymer keine Doppelbindung mehr steckt.
Ansatz: Poly + Monomer.
Weiter: Acrylglas ist PMMA.
A4
Kettenstart mit Styrol
AFB IIFormulieren Sie den Kettenstart mit Styrol so, dass das stabilere Radikal entsteht.
Setze den Bauplan von links nach rechts zusammen. Ein Klick legt den Baustein auf den nächsten freien Platz, ein Klick im Bauplan legt ihn zurück. Enter funktioniert genauso.
Das Radikal greift am CH₂-Ende an; das ungepaarte Elektron sitzt dann neben dem Benzolring und ist mesomeriestabilisiert. So entstehen „Kopf-Schwanz“-Ketten.
Ansatz: Wo ist ein Radikal besser stabilisiert — neben dem Ring oder am Kettenende?
Weiter: Mesomerie mit dem Benzolring (5.4.2).
A5
Rechenkette: eine PVC-Kette
AFB IIEine PVC-Probe hat die mittlere molare Masse \(M = 87\,500\,\text{g/mol}\). Berechnen Sie:
Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
- Polymerisationsgrad \(n\) =
- Chlor-Atome pro Kette =
- Massenanteil Chlor \(w(\ce{Cl})\) = %
M(C₂H₃Cl) = 62,50 g/mol; n = 87 500 : 62,50 = 1400. Jede Wiederholeinheit trägt ein Cl: w = 35,45 : 62,50 ≈ 56,7 % (Endgruppen vernachlässigt).
Ansatz: Wiederholeinheit –CH₂–CHCl–.
Weiter: Der Massenanteil gilt für jede Einheit gleich.
A6
Lückentext: zwei Wege zum Abbruch
AFB IIBeschreiben Sie die beiden Arten des Kettenabbruchs.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Bei der verbinden sich zwei Radikal-Enden über eine zu einer einzigen langen Kette. Bei der überträgt ein Radikal-Ende ein auf das andere: Es entstehen zwei Ketten, eine davon mit einer endständigen .
Der Initiator ist ein Ablenker — er startet Ketten, beendet sie aber nicht.
Ansatz: Eine Kette oder zwei Ketten als Produkt?
Weiter: Bei der H-Übertragung bleibt am Spender eine C=C-Bindung zurück.
A7
Mix mit 5.2.2: Substitution oder Polymerisation?
AFB IIVergleichen Sie die beiden Radikalreaktionen: Kreuzen Sie alles Zutreffende an.
Setze alle zutreffenden Kreuze — in manchen Zeilen passen mehrere. Enter setzt und löscht.
| Merkmal | radikalische Substitution | radikalische Polymerisation |
|---|---|---|
| Start durch homolytische Spaltung | ||
| Radikal addiert an eine C=C-Bindung | ||
| Radikal entreißt einem Alkan ein H-Atom, HX entsteht | ||
| Abbruch durch Rekombination zweier Radikale | ||
| Produkt ist ein Makromolekül |
Beide sind Radikal-Kettenreaktionen mit Start, Fortpflanzung und Abbruch; sie unterscheiden sich im Fortpflanzungsschritt.
Ansatz: Vergleiche die Fortpflanzungsschritte.
Weiter: HX entsteht nur bei der Substitution.
A8
Wärme im Styrol-Reaktor
AFB IIIBei der Polymerisation von Styrol (\(\ce{C8H8}\)) gilt \(\Delta_\text{r}H = -70\,\text{kJ/mol}\) Monomer. Ermitteln Sie die Wärme in kJ, die bei der Polymerisation von 1,00 kg Styrol abgegeben wird.
Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
\(M(\ce{C8H8}) = 104{,}15\,\text{g/mol}\), \(n = 1000 / 104{,}15 = 9{,}60\,\text{mol}\), \(Q = 9{,}60 \cdot 70\,\text{kJ} \approx 672\,\text{kJ}\). Fehlerquelle: mit der molaren Masse des Polymers rechnen — ΔH gilt pro Mol Monomer.
Ansatz: Stoffmenge des Monomers bestimmen.
Weiter: Q = n · |ΔH|.
A9
Was macht die Ketten länger?
AFB IIIBeurteilen Sie, wie sich die mittlere Kettenlänge durch die Maßnahme ändert.
Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = sinkt stark, 2 = sinkt, 3 = bleibt gleich, 4 = steigt, 5 = steigt stark. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = sinkt stark5 = steigt stark
Ein Kettenüberträger (Thiol R–SH) gibt H an Radikal-Enden ab und startet neue Ketten
Die Temperatur wird erhöht, der Initiator zerfällt schneller
Dem Gemisch wird ein reaktionsträger Farbstoff zugesetzt
Die Monomerkonzentration wird erhöht
Die Masse wird zäh, Radikal-Enden finden kaum noch Partner (Geleffekt)
Länger werden Ketten, wenn Wachstum gegenüber Abbruch gewinnt: mehr Monomer oder behinderter Abbruch. Mehr Radikale oder Kettenübertragung verkürzen sie.
Ansatz: Vergleiche Wachstum und Abbruch.
Weiter: Beim Geleffekt wird der Abbruch gebremst.
A10
Trickaufgabe: Was steckt in Polypropen?
AFB IIIÜberprüfen Sie die Aussagen über eine fertige Polypropen-Probe.
Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Der Name „Poly-propen“ täuscht: Das Polymer ist ein gesättigter Kohlenwasserstoff.
Ansatz: Was passiert mit der C=C-Bindung?
Weiter: Initiator ≠ Katalysator.