Übung 8 (Chemie der Elemente der Gruppen 13, 14)

Übung 8 (Chemie der Elemente der Gruppen 13, 14)
Literatur: Housecroft „Chemistry“, Kap. 22.1-7
1.
Prüfungsaufgabe W2015
Die Verbindungen Al2Cl6 , I2Cl6 und B2H6 werden in der Literatur häufig analog gezeichnet. Sie
besitzen jedoch eine unterschiedliche Anzahl von Valenzelektronen und unterschiedliche
geometrische Strukturen.
a) Zeichnen Sie in die folgenden Valenzstrichformeln alle freien Valenzelektronenpaare und
Formalladungen ein.
b) Was sind dative Bindungen? Zeichnen Sie diese gegebenenfalls in die obigen Strukturen
ein.
c) Skizzieren Sie räumliche Strukturen der beiden Verbindungen nach dem VSEPR-Modell. Auf
die freien E-Paare an den Cl-Atomen kann in dieser Darstellung verzichtet werden.
d) Skizzieren Sie die Struktur des Moleküls B2H6. Worin besteht der grundsätzliche
Unterschied zu Al2Cl6 bezüglich der Bindungsverhältnisse?
e) B2H6 kann mit Natrium zum Anion [B2H6]2− reduziert werden. Zeichnen Sie dieses. Zu
welcher Kohlenstoffverbindung ist das Anion isoelektronisch?
f) Sowohl die wässrige Lösung von Borsäure als auch die von Aluminiumchlorid reagieren
sauer. Formulieren Sie für beide Fälle die Protolysereaktionen.
g) Ergänzen Sie folgende Gleichungen. Die korrekten stöchiometrischen Faktoren müssen Sie
selbst finden.
2.
Al + SiO2
→
Al(OH)3 + NaOH
→
Al(OH)3 + H2SO4
→
AlCl3 + LiH
→
Na[Al(OH)4] + CO2
→
Al2O3 + C
→
Al + HCl (aq)
→
AlCl3 + RCOCl
→
(bei sehr hoher Temperatur)
(Schmelzflusselektrolyse,
Bruttoreaktion)
(AlCl3 –wasserfrei)
Bor kommt in der Natur in Form von Borax Na2[B4O5(OH)4] · 8 H2O vor.
a) Skizzieren Sie das Borax-Anion.
b) Das Borax-Anion ist die konjugierte Base der Borsäure B(OH)3. Formulieren Sie die
Reaktionsgleichung für die Umsetzung von Borax mit Salzsäure.
Hinweis: Berücksichtigen Sie die unterschiedliche Stärke beider Säuren.
c) Cobalzsalze bilden beim Schmelzen mit Borax tiefblaue Metaborate („Boraxperle“). Diese
Verbindungen enthalten das Anion [(BO2)3]3- sowie polymere Strukturen mit der Formel
[(BO2)−]n . Skizzieren sie die Strukturen der Anionen.
3.
Sind Thallium(I)-Verbindungen gegenüber eine Disproportionierung zu Tl(III)-Verbindungen
und elementarem Tl stabil?
Begründen sie Ihre Meinung anhand der entsprechenden Reduktionspotenziale.
+
3 Tl
?
→
2 Tl + Tl3+
4.
Prüfungsaufgabe S2015
a) Geben Sie für folgende Verbindungen die Symmetrieelemente (Art und Anzahl) an.
Vervollständigen Sie dazu die folgende Tabelle.
Drehachsen
Spiegelebenen
Drehspiegel-
Inversions-
Cn
σv ; σh
achsen Sn
zentrum i (ja/nein?)
BF3
C6H6
Welches Symmetrieelement tritt zusätzlich in allen Fällen auf?
5.
Prüfungsaufgabe H2007
Das Silizium-Sauerstoff-Verhältnis einfacher Si-O-Verbindungen (d.h. jedes Si-Atom ist
tetraedrisch von vier O-Atomen umgeben und jedes O-Atom von zwei Si-Atomen umgeben)
variiert zwischen 1:4 und 1:2 wie folgt: [SiO4]n, [SiO3.5]n, [SiO3]n, SiO2]n.
a) Geben Sie die jeweiligen Ladungen für jede Verbindungsklasse an und skizzieren Sie den
strukturellen Aufbau.
b) Welche Struktur könnte eine Verbindung der Zusammensetzung H6Si2O8 haben (alle
Elemente verhalten sich normalvalent, d.h. Si ist vierfach, O zweifach an die Nachbaratome
gebunden)?
c) Was ändert sich, wenn ein Si-Atom in einem Silikat durch ein Al-Atom ersetzt wird? Wie
heißen diese Materialien und welche Eigenschaften haben sie?
6.
Prüfungsaufgabe W2009
a) Vergleichen Sie die Elemente Silicium und Phosphor hinsichtlich folgender Eigenschaften.
Setzen Sie jeweils ein „<“ (kleiner als) oder „>“ (grösser als zwischen die Elemente.
Atomradius
1.Ionisierungsenergie
Elektronegativität
Stärke der Sauerstoffsäure
Si
Si
Si
Si
P
P
P
P
b) Bestimmen Sie die Oxidationszahlen von Silicium in den folgenden Verbindungen.
SiH4 , SiO2 , Ca2Si, (CH3)3SiCl
b) Silicium kommt in der Natur unter anderem als Siliciumdioxid SiO2 vor. Es ist Ausgangstoff
für das in der Halbleiterindustrie verwendete Trichlorsilan HSiCl3. Formulieren Sie für diesen
zweistufigen Prozess korrekte Reaktionsgleichungen.
c) Tetrahydroxidosilicium (Orthokieselsäure) H4SiO4 ist nur in verdünnter saurer Lösung stabil.
Bei höheren pH-Werten und Konzentrationen kondensiert die Verbindung unter anderem
zum cyclischen Trimer [H2SiO3]3. Formulieren Sie Valenzstrichformeln beider Säuren.
Warum gibt es kein monomeres H2SiO3?
d) Vervollständigen Sie folgende Reaktionsgleichungen. Die stöchiometrischen Faktoren
müssen Sie selbst finden. Sollte eine Reaktion nicht ablaufen, so ist der Reaktionspfeil
durchzustreichen.
e) Skizzieren Sie mit Hilfe des VSEPR-Modells die Strukturen folgender Verbindungen.
SiF4, PF4+, SF4, IF4+, IF4−, XeF4
7.
Formulieren Sie Gleichungen für folgende Reaktionen.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
B2O3 und Al beim Erhitzen
BBr3 und H2 beim Erhitzen
B und N2 beim Erhitzen
B2O3 und H2O
B2O3 und HF
B(OH)3 und OH−
B(OH)3 beim mässigen Erhitzen
B(OH)3 beim starken Erhitzen
B2H6 und NH3 bei 250°C
Vergleichen Sie die Struktur des Reaktionsproduktes von i) mit der Struktur des Benzens.

Download Report