Übung 9 (Chemie der Elemente der Gruppe 15) Literatur: Housecroft „Chemistry“, Kap. 22.8-9 1. Prüfungsaufgabe S2014 Beantworten Sie folgende Fragen zur Chemie der 15.Gruppe. a) Überprüfen Sie die folgenden Aussagen. „Richtig“ oder „falsch“ ankreuzen. richtig falsch Die Stärke der Säuren nimmt in folgender Reihe zu: CH4 < NH3 < H2O < HF Die Stärke der Säuren nimmt in folgender Reihe ab: HNO3 > H3PO4 > H4SiO4 Phosphor kann in seinen Verbindungen das Elektronenoktett nicht überschreiten. Die Ionenradien nehmen in folgender Reihe ab: N3− > O2− > F− > Na+ Die Elektronegativität der Elemente steigt in der Reihenfolge: Si < P < N As besitzt im Grundzustand die Elektronenkonfiguration [Ar] 4s2, 4p3 Der basische Charakter der Oxide nimmt in folgender Reihe ab: Tl2O > SiO2 > P4O10 Sauerstoff kann ausschliesslich in den Oxidationsstufen 0, -1 und -2 vorkommen. b) Konzentrierte Ammoniak-Lösung wird mit Chlorgas umgesetzt. Formulieren Sie eine korrekte Gleichung für die Umsetzung im stöchiometrischen Verhältnis 1:3 zur stickstoffhaltigen Verbindung A und einem Nebenprodukt. Geben Sie die Oxidationszahlen für alle N- und Cl-Atome in Edukten und Produkten an. NH3 + 3 Cl2 → A + ... c) A kann mit Wasser stufenweise hydrolysiert werden. Ergänzen Sie folgende Gleichungen: A A A + H2O → + 2 H2O → + 3 H2O → d) Bei der Hydrolyse von A tritt Hydrazin als Nebenprodukt auf. Formulieren Sie eine entsprechende Reaktionsgleichung. 2. Prüfungsaufgabe W2016 Beantworten Sie folgende Fragen zur Chemie des Phosphors. a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung zur technischen Herstellung von weissem Phosphor aus Calciumphosphat. Wie wird weisser Phosphor aufbewahrt? b) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Umsetzung von weissem Phosphor mit Sauerstoff im Überschuss. Skizzieren Sie die Struktur von weissem Phosphor sowie die Struktur des erhaltenen Produktes. c) Ergänzen Sie folgende Gleichungen im angegebenen stöchiometrischen Verhältnis . PCl5 + H2O → PH4I + H2O → (PH3: pKB ≈ 27) Ca3P2 + 6 H2O → Ca3(PO4)2 + 2 H2SO4 → Ca3(PO4)2 + H2SO4 → KNH2 + PH3 → (NH2─ ist eine stärkere Base als PH2─ .) d) Phosphorsäure hat die folgenden drei pKa-Werte: pKa1 : 2.15 ; pKa2 : 7.20 ; pKa3 : 12.4 i) Bei welchem pH-Wert einer wässrigen Alkaliphosphatlösung ist die Konzentration von H2PO4─ maximal? ii) Bei welchem pH-Wert einer wässrigen Alkaliphosphatlösung ist die Konzentration von HPO42─ maximal? iii) Bei welchem pH-Wert einer wässrigen Alkaliphosphatlösung ist die Konzentration von H2PO4─ und HPO42─ gleich gross? Wie bezeichnet man eine solche Lösung? 3. Prüfungsaufgabe W2014 a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen für die grosstechnische Herstellung von Salpetersäure ausgehend von den Elementen Stickstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. b) Zwei Verfahrensschritte sind nach ihren Erfindern benannt. Wie heissen diese Prozesse? c) Zeichnen Sie Valenzstrichformeln aller stickstoffhaltigen Verbindungen im Verlauf der Salpetersäureproduktion. d) Ergänzen Sie folgende Gleichungen: HNO3 + NH3 → HNO3 (konz.) + H2SO4 (konz.) → Wozu werden die Reaktionsprodukte benutzt? 4. Prüfungsaufgabe S2009 a) Vergleichen Sie die Elemente Kohlenstoff und Stickstoff hinsichtlich folgender Eigenschaften. Setzen Sie jeweils ein „<“ (kleiner als) oder „>“ (grösser als) zwischen die Elemente. Atomradius 1.Ionisierungsenergie Elektronegativität Stärke der Sauerstoffsäure C C C C N N N N b) Vervollständigen Sie folgende Reaktionsgleichung: LiCH3 + NH3 → Gegeben sind folgende pKa-Werte: NH3: 36; CH4: ≈ 50. Auf welcher Seite liegt das Gleichgewicht? c) Zeichnen Sie Valenzstrichformeln der Verbindungen N2H2 und C2H2 (einschliesslich freier Elektronenpaare). Bestimmen Sie die Oxidationszahlen aller Atome und geben Sie die Valenz von Stickstoff bzw. Kohlenstoff an. d) Zeichnen Sie Valenzstrichformeln von Cyanamid CN22- und Kohlendioxid . In welchem Verhältnis stehen beide Teilchen bezüglich ihrer Elektronenstruktur zueinander? 5. Schätzen Sie unter Verwendung der unten angegebenen Bindungsenthalpien die Reaktionsenthalpien ∆rH° ab: 2 N2 → N4 (tetraedrische Struktur) 2 P2 → P4 (tetraedrische Struktur) Gegeben sind die folgenden Werte kovalenter Bindungsenthalpien: N─N: 160 kJ·mol-1 P─P: 209 kJ·mol-1 N≡N: 946 kJ·mol-1 P≡P: 490 kJ·mol-1 Die Werte der Einfachbindungen beziehen sich auf Strukturen der Elemente mit Koordinationszahl 3. Die Werte für die Dreifachbindung basieren auf der Dissoziation der entsprechenden zweiatomigen Moleküle. 6. Was versteht man unter einem Säureanhydrid? Geben Sie Summenformeln der Säureanhydride von HNO2, HNO3, H3PO3 und H3PO4 an. 7. Betrachten Sie folgende Redoxgleichung: AsBr3 + BrOTeF5 + As(OTeF5)5 → [AsBr4]+[As(OTeF5)6]─ Welche Atome werden in dieser Reaktion oxidiert, welche reduziert? 8. Prüfungsaufgabe W2016 a) Geben Sie für folgende Verbindungen die Symmetrieelemente (Art und Anzahl) an. Vervollständigen Sie dazu die folgende Tabelle. Sollte ein Symmetrieelement nicht auftreten, so schreiben Sie bitte „keine“ in die Spalte. BBr3 NH3 NH2Cl Drehachsen Spiegelebenen Drehspiegel- Cn σv ; σh achsen Sn Weitere Symmetrieelemente