aufgabensammlung

TU Dresden
Grundlagen der Chemie für Nichtchemiker
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AUFGABENSAMMLUNG
1. Chemische Grundlagen: „Masse“ -Berechnungen
1-1. Berechnen Sie die molaren Massen folgender Stoffe:
a)CaCO3; b)CaSO4·2H2O; c)AgCl; d)Al2O3; e)Phenol C6H5OH; f)Magnesiumammoniumphosphat- 6- hydrat Mg(NH4)PO4·6H2O; g)Kaliumaluminiumsulfat- 12-hydrat
KAl(SO4)2·12H2O.
1-2. Berechnen Sie die Stoffmengen folgender Stoffportionen:
a)1,118 mg Ag; b)35 kg Al; c)80,55 g Ni; d)90 mg C; e)16,5 kg I2; f)65 g H2;
1-3. Berechnen Sie die Massen folgender Stoffportionen:
a)3,5 mol Co; b)0,2mmol U; c)0,005 mol Pt; d)6,53 mol Zn; e)0,0008mmol Ra
1-4. Berechnen Sie die Stoffmengen folgender Stoffportionen:
a)12,5 g Na2SO4; b)216 mg Mg2P2O7; c)1 kg H2O; d)0,6 kg Benzol C6H6; e)24 g
(NH4)2SO4; f)2,7 kg Anilin C6H5NH2.
1-5. Berechnen Sie die Masse folgender Stoffportionen:
a)2,3 mol K2CrO4; b)156 mol Ca3(PO4)2; c)5,1 mol Ethen C2H4; d)1,4 mol Glycerin
C3H5(OH)3; e)140 mmol Al2(SO4)3·18H2O; f)55 mmol CHCl3
1-6.
Wie viel Moleküle enthält 0,1 mol H2SO4?
Chemische Grundlagen: Chemische Gleichungen
1-7. Formulieren Sie vollständige Reaktionsgleichungen:
Ausgangsstoffe
Endstoffe
a) CaCO3, Salzsäure
→
CaCl2, H2O, Kohlendioxid
b) NaHCO3
—Wärme→
Na2CO3, Wasser, CO2
c) NaCl- Lösung
—Elektrolyse→ Natronlauge, H2, Cl2
d) Cr2O3, Aluminium
→
Al2O3, Cr
e) Pb(NO3)2
→
Blei(II)- oxid, NO2, molekularer Sauerstoff
1-8. Bilden Sie aus den Teilgleichungen Summengleichungen (Bruttogleichungen):
a)C + O2 → CO2
b)2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O
C + CO2 → 2CO
4H2S + 2SO2 → 6S + 4H2O
c)2SO2 + O2
→ 2SO3
d)NO + ½O2 → NO2
SO3 + H2SO4
→ H2S2O7
SO2 + NO2 → SO3 + NO
H2S2O7 + H2O
→ 2H2SO4
Chemische Grundlagen: Umsatzberechnungen
1-9. a)Wie viel g Eisen und wie viel g Schwefel werden zur Herstellung von 150 g FeS
gebraucht?
b)Wie viel g FeS entstehen aus 20 g Fe bei 80%-iger Ausbeute?
1-10. Wie viel g Kohlendioxid und wie viel g Wasser entstehen beim vollständigen Verbrennen von a) 10 g Propan (C3H8) und b)12 g Benzen (C6H6)?
1-11. Beim vorsichtigen Erhitzen von Ammoniumnitrit NH4NO2 entstehen Stickstoff und
Wasser. Wie viel Gramm NH4NO2 müssen zur Gewinnung von 35 g N2 zersetzt werden?
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1-12. Eine Einwaage von 638 mg BaCl2·2H2O wurde in Wasser gelöst. Welche Masse an
schwer löslichem BaSO4 entsteht stöchiometrisch bei Zusatz von verdünnter H2SO4?
1-13. Ein Gemisch aus Aluminiumgrieß und gepulvertem Eisen (II, III)-oxid Fe3O4 im stöchiometrischen Verhältnis dient als „Thermit“ zum Schweißen. Nach dem Zünden entstehen
flüssiges Eisen und Aluminiumoxid- Schlacke Al2O3. Welche Masse an Eisen liefert 1 kg
Thermit?
2. Zustandsgleichung der Gase
2-1. Rechnen Sie die gegebenen Temperaturen in °C bzw. K um:
a)27°C, b)293 K, c)1160 K, d)-191°C, e)17,3 K, f)-79,84°C.
2-2. 50 l Sauerstoff werden ohne Druckänderung von 20°C auf 35°C erwärmt. Welches
Volumen hat dann das Gas?
2-3. Berechnen Sie den jeweils fehlenden Wert:
Gaszustand 1
Gaszustand 2
Volumen V1
Temperatur T1
Volumen V2
Temperatur T2
a)265 l
17°C
116°C
b)36 cm3
17°C
116°C
c)0,621 m3
21°C
628 l
21°C
d)43 ml
43,12 ml
e)0,27 l
310 ml
20°C
f)0,75 m3
820 l
20°C
2-4. Berechnen Sie den jeweils fehlenden Wert:
Gaszustand 1
Gaszustand 2
Druck p1
Temperatur T1
Druck p2
Temperatur T2
a)971,3 mbar
19°C
94°C
b)1018,7 mbar
19°C
94°C
c)13,2 bar
24°C
13,28 bar
d)210 bar
24°C
221 bar
e)
264°C
216 mbar
86°C
f)
264°C
7,66 bar
86°C
e)1013,3 hPa
987,2 hPa
18°C
f)27,3 bar
31,4 bar
18°C
2-5.
Druck p1
a)1,27 bar
b)948 mbar
c)16,3 mbar
d)10,7 bar
e)
f)
e)1035 hPa
f)0,97 bar
Gaszustand 1
Volumen 1
16 l
84 m3
412 ml
2037 m3
1,59 l
163 cm3
Druck p2
0,21 bar
0,67 bar
938 mbar
9 bar
1010 hPa
951 mbar
Gaszustand 2
Volumen 2
13,5 l
90 m3
2,63 l
84 cm3
716 ml
54 ml
2-6. Welches Volumen nimmt ein gasgefüllter Ballon von 2,5 l Inhalt ein, wenn bei
konstanter Temperatur von 18°C der Druck von 0,98 bar auf 0,81 bar verringert wird?
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2-7. Welches Volumen nehmen 64 g Sauerstoff bei 0°C und 1,013 bar ein?
2-8. Der Ballon aus 2-6. wird um 35°C abgekühlt; der Druck bleibt bei 0,98 bar. Welches
Volumen hat der Ballon danach?
2-9.Ein Gas besitzt bei 80°C und 0,9 bar ein Volumen von 400 l. Welches Volumen nimmt
das Gas bei Standardbedingungen ein?
2-10. 5,478 g eines Gases nehmen bei 30°C und 1 bar ein Volumen von 4,92 l ein. Wie groß
ist die molare Masse und um welches Gas könnte es sich dabei handeln?
2-11. In einem Versuch soll die molare Masse von Chloroform CHCl3 ermittelt werden. Folgende Werte wurden dazu bestimmt:
Einwaage
m = 0,1243 g
Volumen der verdrängten Luft im Messrohr V = 26,9 ml
Druck der verdrängten Luft im Messrohr
p = 0,9417 bar
Raumtemperatur
T = 20°C
allgemeine Gaskonstante
R = 0,08314 bar l mol-1 K-1
2-12. 1600 g Sauerstoff befinden sich bei 50°C in einem Metalldruckgefäß von 50 l Inhalt.
Wie groß ist der Druck?
2-13. Wie viel He- Atome befinden sich in einem Ballon, der auf ein Volumen von 4,52 l bei
1,63 bar und 45°C gefüllt wird?
3. Chemisches Gleichgewicht
3-1. Für die Umsetzung von Essigsäure CH3COOH mit Ethanol C2H5OH zu
Essigsäureethylester CH3COOC2H5 und Wasser hat die Gleichgewichtskonstante bei 25°C
den Wert 4.
a) Berechnen Sie die Gleichgewichtskonzentrationen aller beteiligten Stoffe, wenn die
Ausgangsstoffe im stöchiometrischen Verhältnis eingesetzt werden.
b) Berechnen Sie die Gleichgewichtskonzentration des Esters, wenn die Ausgangskonzentration der Essigsäure verdoppelt wird.
c) Wie groß ist die Gleichgewichtskonzentration an Ester, wenn dem Gleichgewicht Wasser
entzogen wird und dessen Konzentration nur noch 0,08 mol beträgt? Die Ausgangsstoffe werden im stöchiometrischen Verhältnis eingesetzt.
3-2. Wie verschiebt sich das Gleichgewicht bei der Reaktion 3-1, wenn Ethanol im 10- fachen
Überschuss eingesetzt wird?
3-3. Welche Gleichgewichtskonzentration an Ester wird erzielt, wenn auf 1mol Ethanol 2mol
Essigsäure eingesetzt werden und zusätzlich das Wasser bis auf 0,08 mol entfernt wird?
4. Thermodynamik
4-1. Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie bei folgender Reaktion:
Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe
∆HB(Fe2O3) = -832 kJ/mol
∆HB(Al2O3) = -1675 kJ/mol.
4-2. Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie der Diamantbildung aus Graphit bei folgenden
Vorgaben:
C(Graphit) + O2 ⇌ CO2
∆HR = -393,77 kJ
C(Diamant) + O2 ⇌ CO2
∆HR = -395,33 kJ
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4-3. Die Bestimmung der Reaktionsenthalpie auf direktem Weg ist für die Bildung von CO
aus C und O2 nicht möglich. Berechnen Sie diesen Wert über den HESS´schen Satz an Hand
folgender Teilreaktionen:
C + O2 ⇌ CO2
∆HR = -393,77 kJ
CO2 ⇌ CO + ½O2 ∆HR = +283,17 kJ
4-4. Berechnen Sie die Enthalpieänderung für die Reaktion N2 + O2 → 2 NO mit Hilfe von
N2 + 2O2 → 2 NO2; ∆HR = 67,6 kJ und 2NO + O2 → 2NO2; ∆HR = -113,2 kJ.
5. Säure- Base- Gleichgewichte, pH- Berechnungen
5-1. Berechnen Sie die pH- Werte folgender starker Säuren:
a) c HCl = 0,1mol / l; b)c HNO3 = 0,01mol / l; c)c H 2SO 4 = 0,05mol / l; d )c HClO4 = 0,003mol / l
5-2. Berechnen Sie die pH- Werte folgender starker Laugen:
a) c NaOH = 0,01mol / l; b)c KOH = 2 × 10 -2 mol / l
5-3. Berechnen Sie die pH- Werte folgender Lösungen:
a )c Essigsäure = 10 -3 mol / l(pK S = 4,75
6. Redox- Gleichgewichte
6-1. Stellen Sie die Redox- Gleichungen auf (Angabe von Teilgleichungen):
a)Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O
b)Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O
c)Fe2+ + NO3- + H+ → Fe3+ + NO + H2O
d)Fe(OH)2 + NaNO3 + H2O → Fe(OH)3 + NH3 + NaOH
e)HCl + K2Cr2O7 → CrCl3 + Cl2 + H2O + KCl
6-2. Berechnen Sie das Potential einer Cu- Elektrode in einer CuSO4- Lösung mit
c Cu 2 + = 0,01mol / l bei 25°C. (E0 = 0,345 V)
6-3. Eine Zinkelektrode in einer 0,015 mol/l Zn2+- Lösung wird mit einer Silberelektrode in
einer 0,15 mol/l Ag+- Lösung zu einem galvanischen Element geschaltet. berechne die
Potentialdifferenz zwischen beiden Elektroden.(E0(Zn/Zn2+)= -0,763V; E0(Ag/Ag1+)= 0,799V
6-4. Von zwei Eisenelektroden stellt man eine in eine 0,01 mol/l FeSO4- Lösung, die andere
in eine 0,1 mol/l Fe2(SO4)3- Lösung. Wie groß ist die EMK, wenn beide zu einem galvanischen Element verbunden werden? (E0(Fe/Fe2+) = -0,4 V; E0(Fe/Fe3+) = -0,045 V)
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LÖSUNGEN ZUR AUFGABENSAMMLUNG
1. Chemische Grundlagen: „Masse“ -Berechnungen
1-1.
a)100,087 g/mol
e)94,113 g/mol
b)172,179 g/mol
f)245,406 g/mol
c)143,321 g/mol
g)474,390 g/mol
d)101,961 g/mol
1-2.
a)0,010365 mmol
e)65,010mol
b)1297,185 mol
f)32,242 mol
c)1,372 mol
d)7,493 mmol
1-3.
a)206,266 g
e)0,18082 mg
b)47,606 mg
c)975,4 mg
d)426,997 g
1-4.
a)0,088 mol
e)0,1816mol
b)0,9705 mmol
f)28,992 mol
c)55,508 mol
d)7,6811 mol
1-5.
a)446,638 g
e)93,297 g
b)48,388 kg
f)6,566 g
c)143,075 g
d)128,933 g
1-6.
6,022·1022 Teilchen
Chemische Grundlagen: Chemische Gleichungen
1-7.
a)CaCO3 + 2HCl
b)2NaHCO3
c)2NaCl + 2H2O
d)Cr2O3 + 2Al
e)2Pb(NO3)2
→ CaCl2 + H2O + CO2
→ Na2CO3 + H2O + CO2
→ 2NaOH + H2 + Cl2
→ Al2O3 + 2Cr
→ 2PbO + 4NO2 + O2
1-8.
a)2C + O2 → 2CO
c) 2SO2+O2 + H2O →SO3 + H2SO4
b)2H2S + O2 → 2S + 2H2O
d) SO2 + ½O2 → SO3
Chemische Grundlagen: Umsatzberechnungen
1-9.
berechnete molare Massen:
55,847 g/mol
32,06 g/mol 87,91 g/mol
Fe
+
S
→
FeS
eingesetzte/entstehende Massen: x
y
150 g
55,847g / mol
x
55,847g / mol × 150g
x=
=
x = 95,3 g Fe
a)
87,91g / mol 150g
87,91g / mol
32,06g / mol
y
32,06g / mol × 150g
y=
=
y = 54,7 g S
87,91g / mol 150g
87,91g / mol
oder y = 150 g –95,3 g
y = 54,7 g
b) berechnete molare Massen: 55,847 g/mol
32,06 g/mol 87,91 g/mol
Fe
+
S
→
FeS
eingesetzte/entstehende Massen: 20 g
z
55,847g / mol 20g
87,91g / mol × 20g
z=
=
z = 31,48 g FeS
87,91g / mol
z
55,847g / mol
31,48g × 80%
100%Ausbeute 80%Ausbeute
=
a = 25,18 g FeS
a=
31,48g
a
100%
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1-10. a)C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O
b)2C6H6 + 15O2 → 12CO2 + 6H2O
29,9 g CO2, 16,3 g H2O
40,6 g CO2, 8,3 g H2O
1-11. NH4NO2 → N2 + 2H2O
80 g NH4NO2
1-12. BaCl2·2H2O + H2SO4 → BaSO4 + 2HCl + 2H2O
610 mg BaSO4
1-13. 3Fe3O4 + 8Al → 9Fe + 4Al2O3
551,7g Fe
2. Zustandsgleichung der Gase
2-1.
a)300 K
f)193,16 K
2-2.
52,6 l
b)20°C
c)887°C
d)82 K
e)-255,7°C
2-3.
Gaszustand 1
Volumen V1
Temperatur T1
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Gaszustand 2
Volumen V2
Temperatur T2
355,5 l
48,3 cm3
24°C
22°C
-18°C
- 5°C
2-4.
Druck p1
a)
b)
c)
d)
e) 323 mbar
f) 11,5 mbar
g)
h)
Gaszustand 1
Temperatur T1
Druck p2
1220,8 mbar
1280,4 mbar
Gaszustand 2
Temperatur T2
26°C
39,6°C
26°C
-20°C
2-5.
Gaszustand 1
Druck p1
Volumen 1
a)
b)
c)
d)
e)1551,5 mbar
f)4,6 bar
e)
f)
Gaszustand 2
Druck p2
Volumen 2
1,51 bar
884,8 mbar
32 ml
32531 m3
699 ml
52,9 ml
2-6. 3,02 l
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2-7.
44,8 l
2-8.
2,2 l
2-9.
274,8 l
2-10. 28 g/mol → Stickstoff N2, Kohlenmonoxid CO
2-11. M = 119,47 g/mol
2-12. 26,81 bar
2-13. 1,681·1023 Teilchen
3. Chemisches Gleichgewicht
3-1.
a)cEster = 0,667 mol, cWasser = 0,667 mol, cEthanol = 0,333 mol, cEssigsäure = 0,333 mol
b)cEster = 0,85 mol
c)cEster = 0,87 mol
3-2.
cEster = 0,973 mol
3-3.
cEster = 0,981 mol
4. Thermodynamik
4-1.
-843 kJ/mol
4-2.
C(Graphit) + O2 ⇌ CO2
∆HR = -393,77 kJ
CO2 ⇌C(Diamant) + O2
C(Graphit)
⇌C(Diamant)
4-3.
∆H = -110,6 kJ
4-4.
N2 + 2O2 → 2 NO2
2NO2
→ 2NO + O2
N2 + O2 → 2 NO
∆HR = 395,33 kJ
∆HR =
∆HR = 67,6 kJ
∆HR = 113,2 kJ
∆HR = 1 80,8 kJ
5. Säure- Base- Gleichgewichte
5-1.
a) 1
b) 2
5-2.
a) 12
b) 12,3
5-3.
a) 3,875
c) 1
d) 2,52
6. Redox- Gleichgewichte
6-1.
a)3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
b)Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
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1,56 kJ
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c)3Fe2+ + NO3- + 4H+ → 3Fe3+ + NO + 2H2O
d)8Fe(OH)2 + NaNO3 + 6H2O → 8Fe(OH)3 + NH3 + NaOH
e)14HCl + K2Cr2O7 → 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H2O + 2KCl
6-2.
0,286 V
6-3.
1,567
6-4.
0,394 V
74

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