Aufgabensammlung für das Fach Chemie in der Schule

 Vergleich zweier Kunststoffe, Verbrennung von Ethanol und Ethan, Bindungsenergien bei Benzol, Synthese von Halogenwasserstoffen

 

Aufgabe 1

Vergleich zweier Kunststoffe

 

Zu einer Mischung von Formaldehyd und Phenol gibt man einige Tropfen Salzsäure. Sofort bildet sich ein fester, sehr harter, nicht schmelzbarar Kunststoff. Der Kunststoff ist sehr beständig gegen hohe Temperaturen, oberhalb eines bestimmten Temperaturbereiches zersetzt er sich aber.

 

Eine Mischung aus Heamethylendiamin   und Adipimsäure wird unter Zugabe einiger Tropfen konzentrierter Schwefelsäure erhitzt. Nach einiger Zeit bildet sich ein sehr fester, aber erweichbarer, nicht jedoch schmelzbarer Kunststoff. Oberhalb der Erweichungstemperatur zersetzt sich der Kunststoff.

 

a)Formulieren Sie für beide Reaktionen den abgelaufenen Mechanismus.

 

b)Stellen Sie für beide Moleküle Ausschnitte aus dem Makromeolekül dar, aaus dem die Struktur des entstandenen Kunststoffes deutlich wird.

 

c) Erläutern und begründen Sie aus der Struktur der Kuntstoffe die beschriebenen mechanischen Eigenschaften undd eren Verhalten bei Temperaturerhöhung.

 

Aufgabe 2

Verbrennung von Ethanol und Ethan

 

a)Berechnen Sie die Standardreaktionsenthalpie der Verbrennung  von Ethanol (CH3OH, g) zu H2O (g) und CO2 (g).

 

b)Erläutern Sie die Aussage des Ergebnisses Ihrer Berechnung und zeichnen und erläutern Sie eine Apparatur zu  dessen experimentelle Bestimmung.

 

c)Berechnen Sie die Standardreaktionsenthalpie der Verbrennung von Ethan  (CH4, g) zu CO2 (g) und H2O (g). Vergleichen Sie diesen Wert mit dem in a) bestimmten und begründen Sie den Unterschied.

 

Aufgabe 3

Bindungsenergien

Benzol

 

Berechnen Sie die Bildungsenthalpie des Benzols aus den Bindungsenergien. Vergleichen Sie den von Ihnen errechneten Wert mit dem in der Tabelle angegebenen und interpretieren Sie die Differenz, Zeichnen Sie zur Verdeutlichung ein Energiediagramm.

 

Aufgabe 4

 

1g HF (g), 1g HCl (g), und 1 g HBr (g) werden aus den Elementen im Kalorimeter synthetisiert. Dabei werden 100 g Wasser bei

 

                      a) HF      um 32,02 K

                      b) HCl     um   6,02 K

                      c) HBr     um      K erwärmt. Der Wert für HBr war falsch und muß neu berechnet werden.

 

a)Beschreiben Sie Aufbau und Funktionsweise eines Kalorimeteres.

 

b) Berechnen Sie H jeweils für 1 mol Halogenwasserstoff.

 

c) Berechnen Sie die freie Energie jeweils bezogen auf 1 mol Halogenwasserstoff.

 

d) Berechnen Sie für die drei Reaktion jeweils die Gleichgewichtskonstante.

 

e)Vergleichen und interpretieren  Sie die gefundenen bzw. berechneten thermodynamischen Daten und Gleichgewichtskonstanten der Reaktion.

 

Thermodynamische Daten und Konstanten

 

Gaskonstante R = 8,314 J/K/mol

 

spez. Wärme des Wassers:

4,184 J/g/K

 

Faraday - Konstante 96487 C

 

Binundgsenergien: (kJ/mol Bindung)

 

H - H          217,9

 

C- C           347,7

 

C = C         615,0

 

C - H         413, 4

 

C - O         351,5

 

F - F           76,6

 

Cl - Cl       121,4

 

 

Energie zur Herstellung isolierter Atome  (kJ/ mol isolierter Atome )

 

C     718,4

 

H    217,9

 

Cl   121,4

 

F      76,6

 

O    247,5

 

Atommassen:

 

H 1u,  Cl  35,5 u,     Br 40u,    F   19u