Aufgabensammlung für das Fach Chemie in der Schule

  Darstellung von Nylon, vergleich der Polymerisationsfähigkeit von Vinylchlorid und Ethen., Verbrennung von Methanol und Methan, Bindungenergie des Benzols, der Halogenwasserstoffe,Reaktion von  Cu mit Fe 3+ Ionen, Synthese von Ammoniak

 

 

Aufgabe 1

 Darstellung eines Kunststoffes und Charakterisierung seiner Eigenschaften

 

Erwärmt man eine äquimolare Mischung aus Adipinsäure (Hexandisäure 1,6) und Hexamethylendiamin (1,6 diaminohexan) bis auf 280 C, so entsteht unter Abspaltung von Wasser eine Schmelze, aus der sich direkt sehr reißfeste Fäden spinnen lassen, deren Reißfestigkeit sich durch Verstrecken noch erhöhen läßt.

 

a)Formulieren Sie den Mechanismus der abgelaufenen Reaktion.

 

b)Erläutern Sie kurz den abgelaufenen Mechanismus.

 

c) Zeichnen Sie einen Ausschnit aus dem Makromolekül der Reaktionsstufe A. Erläutern und begründen Sie daran die beschriebenen physikalischen Eigenschaften und ordnen Sie den Kunststoff in die verschiedenen Kunststoffklassen ein.

 

d)Begründen Sie, warum sich die Reißfestigkeit des Kunststoffes noch durch Verstrecken erhöhen läßt.

 

Aufgabe 2

Vergleich der Polymerisationsfähigkeit von Vinylchlorid und Ethen.

Vinylchlorid (1 Chlorethen) läßt sich im Gegensatz zu Ethen sehr leicht in Ggegenwart von Peroxiden polymerisieren.

Polyethen ist ein sehr weicher, dehnbarere Kunststoff, PVC dagegen sehr hart und kaum unzersetzt schmelzbar.

 

a)Begründen Sie die unterschiedlichen Eigenschaften der beiden POlymerisationskunststoffe.

b)Analysieren Sie, warum sich Vinylchlorid leichter polymerisieren läßt als Ethen.

 

 

Aufgabe 3

Verbrennung von Methanol und Methan

 

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

 

Aufgabe 4

Bindungsenergien

 

a)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.

 

b)Bindungsenergie der Halogenwasserstoffe

 

Berechnen Sie die Bindungsenergie der Bindung zwischen Wasserstoff und den Halogenen Fluor sowie Chlor aus den in der Tabelle angegebenen Werten und interpretieren Sie die gefundenen Werte.

 

 

 

Aufgabe 5

Reaktion von  Cu mit Fe 3+ Ionen

 

In einem Kalorimeter werden 3,175 g Cu mit einem Überschuß von Fe 3+ Ionen zur Reaktion gebracht: 50 g  Wasser erwärmen sich um 3,8 K.
a) Erläutern Sie Aufbau und Funktionsweise des Kalorimeters für diesen Versuch und fertigen Sie dazu eine Skizze an.

 

b)Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie dieser Reaktion.

 

c)Zeichnen und beschriften Sie den Aufbau eines galvanischen Elementes, in dem diese Reaktion unter Standarbedingungen abläuft  und erläutern Sie die Elektrodenvorgänge.

 

d)Berechnen Sie die freie Energie dieser Reaktion.

 

e)Berechnen Sie die Reaktionsentropie dieser Reaktion.

 

f)Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante dieser Reaktion.

 

g)Legen Sie allgemein die Aussagebedeutung der in Aufgabe b) bis f) berechneten thermodynamischen Daten dar und interpretieren Sie die gefundenen Werte für diese Reaktion.

 

Aufgabe 6

Synthese von NH3

 

a)Berechnen Sie sämtliche thermodynamischen Daten sowie die Gleichgewichtskonstante für die Synthese von Ammoniak aus den Elementen unter Standardbedingungen. Analysieren Sie die Werte.

 

b)Berechnen Sie die freie Energie sowie die Gleichgewichtskonstante  für eine Temperatur von 800 K und begründen Sie die Änderungen gegenüber den in a) errechnete Werten.

 

Thermodynamische Daten und Konstanten

 

Gaskonstante R = 8,31 J/K/mol

 

Faraday - Konstante 96487 C

 

Binundgsenergien: (kJ/mol Bindung)

 

H - H          217,9

 

C- C           347,7

 

C = C         615,0

 

C - H         413, 4

 

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

 

 

Potentiale E

 

Cu/Cu2+       0,35 V

 

Fe2+/Fe3+   0,77 V

 

 

Atommasse Cu 63,5 u