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Allgemeine Chemie Fragen zur Chemie, die ihr nicht in eines der Fachforen einordnen könnt, gehören hierher.

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Alt 07.04.2018, 10:34   #1   Druckbare Version zeigen
GlobusEnte  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 43
alte Abituraufgaben zur Chemie - Fragen

Huhu!

Ich löse derzeit in Vorbereitung auf mein eigenes Chemie-Abitur alte Prüfungsaufgaben. Dabei sind mir bei einigen meine Schwachstellen aufgefallen, von denen ich hoffe dass ihr sie beseitigen könnt.

1. Aufgabe:
Es geht um Nickel-Cadmium-Akkus und deren Aufbereitung.

a) Dazu steht folgende Formulierung:

Entscheiden Sie durch Berechnung, ob 0,5g Cadmium(II)-Carbonat in einer Lösung von einem Volumen V = 1000L gelöst werden können.

Vorher sollte das Löslichkeitsprodukt der Verbindungen hergeleitet (?) werden. Das war ja noch klar. Allerdings ist kein Zahlenwert dafür gegeben und auch in meiner Formelsammlung finde ich keinen dazu. Das heißt für mich jetzt dass ich das zwar jetzt googeln könnte, das bringt mir nur in der Prüfung nichts. Hat jemand eine Idee wie ich es ohne den KL Wert lösen kann?

b) Danach geht der Spaß folgendermaßen weiter:

Die Cadmiumionenkonzentration wird durch Zugabe von Soda gesenkt, man soll erklären wie das funktioniert. Ich hab hier das GG angegeben und geschrieben dass die c der RP (Carbonationen) durch Sodazugabe steigt und man deshalb mehr Salz ausfällen kann.
Nun soll man aber folgendes machen:
"Beziehen Sie die Berechnung der Löslichkeit von Cadmium(II)-Carbonat in reinem Wasser und in einer Natriumcarbonatlösung (c=0,5 mol/L) ein. Selbes Problem wie oben, ich habe keinen KL-Wert.

--------------
2. Aufgabe

Es geht um Antimon, dazu ist ein Material gegeben.
Die letzte Aufgabe lautet:
Bei der Elektrolyse einer Metall(III)-salz-Lösung werden an der Anode 140 mL Chlorgas
unter Normbedingungen gebildet. Die Massenzunahme der Kathode beträgt
m = 0,217 g.
Ermitteln Sie durch Berechnen die bei dieser Elektrolyse eingesetzte Metall(III)-salzLösung.

Meine Idee war Faradays Gesetze hier anzuwenden. Nur leider bringt mir das nichts, wenn ich nicht weiß welchen Zahlenwert ich da wo einsetzten soll. Ich suche ja eigentlich eine molare Masse von Metallionen, oder?


Danke für eure Hilfe!

Viele Grüße
Eure GlobusEnte
GlobusEnte ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 07.04.2018, 11:50   #2   Druckbare Version zeigen
Fulvenus Männlich
Mitglied
Beiträge: 20.808
AW: alte Abituraufgaben zur Chemie - Fragen

Bei 1 b wäre nur die Beschreibung des gleichionigen Zusatzes(hier Carbonat) und Eingang in das LP möglich,es fehlt auch mMn noch an weiteren Angaben.
Bei 2 reicht es jedoch,zuerst die Stoffmenge an Chlor zu berechnen(molares Volumen unter Normbedingungen).
Mit der Vorgabe,daß es sich bei dem Salz um ein M(III)chlorid handelte,ergibt sich die Stoffmenge an M,bzw. M(III) als Drittel der Stoffmenge an Chlor(beachte Faktor 2 wg. Cl vs Cl2).
Damit hast du dann die Stoffmenge n(M),die Masse m(M),woraus sich die molare Masse des Metalls ergibt M=m/n .
Dann shcaust du,welches Metall diese molare Masse hat.

Fulvenus!
Fulvenus ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 07.04.2018, 21:14   #3   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 7.014
AW: alte Abituraufgaben zur Chemie - Fragen

in ergaenzung, zu aufgabenteil 1 :

das ganze ist entweder nicht-trivial ( wenn man es richtig macht) oder aber falsch ( wenn man es so macht, wie man es mutmasslich von den probanden zu sehen wuenscht), selbst wenn das KL des CdCO3 gegeben waere (denn ohne einen solchen wert kommt man exakt null in irgendwelche quantitativen aussagen, sondern bleibt dem qualitativen verhaftet)

im einzelnen:


man kann natuerlich das loeslichkeitsprodukt eines AB-salzes allgemein formulieren, so auch fuer CdCO3, und damit dann allgemein etwas rumspielen:

{K_L \ = \ [Cd^{2+}] \ * \ [CO_3^{2-}] \ \leftrightarrow \ [Cd^{2+}] \ = \ \frac {K_L}{[CO_3^{2-}]} \ \leftrightarrow \ [CO_3^{2-}] \ = \ \frac {K_L}{[Cd^{2+}]}}

was jetzt jedoch schlicht nicht statthaft ist, waere die standardargumentation "weil beide ionen aus dem gleichen salz 1:1 entstehen..." zu benutzen, und schlicht [Cd2+] = [CO32-] daraus abzuleiten, mit der fortsetzung

{K_L \ = \ [Cd^{2+}] \ * \ [CO_3^{2-}] \ = \ \left([Cd^{2+}]\right)^2 \ = \ \left([CO_3^{2-}]\right)^2 \ \ \to \ \ [Cd^{2+}] \ = \ [CO_3^{2-}] \ = \ \sqrt {K_L}}

... denn carbonat hat - besonders "hochverduennt" - ein relevates weiteres eigenleben, indem es eben in solchen hochverduennten loesungen durch wasser relevant rueckprotoniert wird:
{CO_3^{2-} + H_2O \ \to \ HCO_3^- \ + \ OH^-}
(ausgewaehlter hauptprozess)*)

vergleichen wir unter benutzung des literaturbekannten KL(CdCO3) = 2,5*10-14 M2 einfach einmal die triviale, jedoch falsche loesung mit der korrekt berechneten:

trivial (herleitung des ansatzes s.o.)
{[Cd^{2+}] \ = \ [CdCO_3]_0 \ = \ \sqrt {K_L} \ = \ \sqrt {2,5*10^{-14}M^2} \  \approx \ 1,58 * 10^{-7} M \ << \ 2,9 * 10^{-3} M} ( entsprechend 0,5 g cadmiumcarbonat / L)
{\to} somit waere rechnerisch gezeigt, dass die zu betrachtende loeslichkeit von 0,5 g CdCO3 /L nicht erreicht werden kann

(hinreichend)korrekt, jedoch aufwendig**):
(vereinfachter) ansatz ueber ladungsbilanz

{2 [Cd^{2+}] \ + \ [H^+] \ = \ 2 [CO_3^{2-}] \ + \ [HCO_3^-] \ + \ [OH^-]}

hierin sind nun diverse nebenbedingungen einzupflegen:

- das KW des wassers liefert
{2 [Cd^{2+}] \ + \ \frac {K_W}{OH^-} \ = \ 2 [CO_3^{2-}] \ + \ [HCO_3^-] \ + \ [OH^-]}

- identifikation von [Cd2+] mit c0(Cd2+)= c0(CdCO3) liefert
{2 c_0(CdCO_3) \ + \ \frac {K_W}{OH^-} \ = \ 2 [CO_3^{2-}] \ + \ [HCO_3^-] \ + \ [OH^-]}

das MWG zur basischen reaktion des carbonats liefert:
{K_B(CO_3^{2-}) \ = \ \frac {[HCO_3^-] \ * \ [OH^-]}{[CO_3^{2-}]} \ \to \ [OH^-] \ = \ \frac {K_B(CO_3^{2-}) \ * \ [CO_3^{2-}]}{[HCO_3^-]}}
{\to}
{2 c_0(CdCO_3) \ + \ \frac {K_W \ *  \ [HCO_3^-] }{K_B(CO_3^{2-}) \ * \ [CO_3^{2-}]} \ = \ 2 [CO_3^{2-}] \ + \ [HCO_3^-] \ + \ \frac {K_B(CO_3^{2-}) \ * \ [CO_3^{2-}]}{[HCO_3^-]}}

die carbonat-bilanz "c0(CO32-) = c0(CdCO3) = [CO32-] + [HCO3-]" {\to} [HCO3-] = c0(CdCO3) - [CO32-] liefert

{c_0(CdCO_3) \ + \ \frac {K_W \  \ * \ \left(c_0(CdCO_3) \ - \  [CO_3^{2-}] \right) }{K_B(CO_3^{2-}) \ * \ [CO_3^{2-}]} \ = \ [CO_3^{2-}] \  + \ \frac {K_B(CO_3^{2-}) \ * \ [CO_3^{2-}]}{c_0(CdCO_3) \ - \  [CO_3^{2-}]}}

... und last not least liefert das loeslichkeitsprodukt des cadmiumcarbonats " KL = [Cd2+] * [CO32-] = c0(CdCO3) * [CO32-] " {\to} [CO32-] = KL / c0(CdCO3)

{c_0(CdCO_3) \ + \ \frac {K_W \  \ * \ \left(c_0(CdCO_3) \ - \  \frac {K_L}{c_0(CdCO_3)} \right) }{K_B(CO_3^{2-}) \ * \ \frac {K_L}{c_0(CdCO_3)}} \ = \ \frac{K_L}{c_0(CdCO_3)} \  + \ \frac {K_B(CO_3^{2-}) \ * \ \frac{K_L}{c_0(CdCO_3)}}{c_0(CdCO_3) \ - \  \frac{K_L}{c_0(CdCO_3)}}}

soderle, hinter diesem term-monster versteckt sich - wenn man es ausmultipliziert usw. - eine gleichung in c0(CdCO3), in der ausser dem gesuchten wert halt nur noch bekannte konstanten drinstecken - allerdings unangenehm hoher ordnung. sowas lass ich dann gern numerisch bei wolfram alpha rechnen, und wenn man dort dann alles incl. der konstanten ( KW = 10-14 M2 , KB(CO32-) = 10-3,7 M , KL = 2,5*10-14 M2 ) einpflegt so erhaelt man zurueck

{c_0(CdCO_3) \ \approx \ 1,72 \  * \ 10^{-6} \ M}

... mithin so bummelig das zehnfache des trivial-falsch berechneten ansatzes.
ich halte solche unterschiede fuer relevant

gruss

Ingo


*)
die carbonat-gleichgewichte gehen noch weiter, jedoch sollte beispw. "HCO3- { \leftrightarrow} CO2(aq.) + OH-" sowie weitere gleichgewichte nach beispw. Henry erstmal vernachlaessigbar sein.
auch eine pruefung unter einbezug auch des cadmiumhydroxid-loeslichkeitsprodukts spare ich mir hier vorerst

**)
ich gehe davon aus, dass sowas im abitur nicht gefordert wird / nur schwer zu leisten waere...
... weshalb dann die ganze aufgabenstellung eigentlich schon allein deshalb in die tonne gehort

Geändert von magician4 (07.04.2018 um 21:22 Uhr)
magician4 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.04.2018, 17:16   #4   Druckbare Version zeigen
GlobusEnte  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 43
AW: alte Abituraufgaben zur Chemie - Fragen

Vielen Dank für eure Mühe!
Es war tatsächlich der "leichte" Ansatz.


Nun hat sich bei mir aber ein neues Problem aufgetan. Wenn organische Verbindungen nach steigender Acidität geordnet werden sollen haben wir bisher nur I-Effekte betrachtet. Nun kommen ja bei den Aromaten auch noch M-Effekte hinzu.

Kann mir irgendjemand einen Weg aufzeigen wie ich unterscheide ob ein M- oder ein I-Effekt relevant ist, und wie diese Effekte miteinander zusammenhängen?
Ich verzweifele gerade wirklich an der Erklärung der M-Effekte.
Die passenden Substituenten kann ich ja nur nach +/- M/I auswendig lernen, doch wann nehme ich was?
Und wie wirkt sich das andersrum auf die Basenstärke aus?
GlobusEnte ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.04.2018, 19:20   #5   Druckbare Version zeigen
GlobusEnte  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 43
AW: alte Abituraufgaben zur Chemie - Fragen

So stellt sich an dieser Frage ob Alkohole als Säuren betrachtet werden können -- eigentlich ja nicht, weil ein +I-Effekt die Elektronendichte am C erhöht und sich so das H+ weniger leicht abspalten lässt.

Wie erklärt sich dann die schwach saure Reaktion von Phenol & bzw schwach basische von Anilin? Welche Effekte sind hie relevant?
Aromaten machen mir Probleme...
GlobusEnte ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.04.2018, 20:24   #6   Druckbare Version zeigen
Fulvenus Männlich
Mitglied
Beiträge: 20.808
AW: alte Abituraufgaben zur Chemie - Fragen

Alkohole sind zwar in der Regel stärkere Säuren als z.B. Alkane,aber deutlich schwächere als organische Säuren wie Essigsäure oder Benzoesäuren.
Die Acidität,dabei CH,OH,NH,SH..,wird durch negative induktive und mesomere Effekte vestärkt.
Eine Übersicht verschiedener pKs-Werte hier:
http://www.diederich.chem.ethz.ch/teach/pKa_Table.pdf .
So kannst du z.B. den induktiven Effekt an den pKs-Werten von Methanol,Ethanol und tert-Butanol veranschaulichen.
Bei Phenolen wird das Phenolatanion noch durch den mesomeren Effekt stabilisiert,
daher Phenole acider als Alkanole.Durch geeignete Substituenten am Ring mit -M-Effekt läßt sich die Acidität der OH-Gruppe deutlich steigern(vgl. hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Pikrins%C3%A4ure .
Ebenso mal hier zur Acidtät von aromatischen Carbonsäuren lesen:
https://www.hamm-chemie.de/j13/j13te/aciditaet_arom_carbonsren.htm .
Bei offenen Fragen gerne wieder hier im Forum.

Fulvenus!
Fulvenus ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 21.04.2018, 09:38   #7   Druckbare Version zeigen
GlobusEnte  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 43
AW: alte Abituraufgaben zur Chemie - Fragen

Vielen Dank!

Also das Ergebnis meiner "Recherche":

Wird nach der Säurestärke gefragt weiß ich dass -I-Effekte sie erhöht/ +I-Effekte sie senkt.
Wird nach der Säurestärke am Aromaten gefragt betrachte ich die M-Effekte. Dabei senkt der +M-Effekt die Säurestärke wieder, weil er die Elektronendichte am Ring erhöht, der -M-Effekt senkt sie.
Analog wäre es bei den Basenstärken genau umgekehrt (erhöht durch -I/-M).
Stimmt das so? Und reicht es bei Aromaten nur die M-Effekte zu betrachten?


Woher weiß ich bei verschiedenen Verbindungen mit gleichen Effekten welcher Substituent stärker wirkt (bei Halogenen ist es klar, EN vergleichen um I-Effekt rauszukriegen) aber wie mache ich das bei den anderen Verbindungen?
GlobusEnte ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 21.04.2018, 20:12   #8   Druckbare Version zeigen
GlobusEnte  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 43
AW: alte Abituraufgaben zur Chemie - Fragen

So würde ich zum beispiel die Säurestärke der Pikrinsäure folgendermaßen erklären:

Der Benzolring übt einen -I-Effekt auf die OH-Gruppe aus. Dadurch wird diese polarisiert (relative schwache saure Reaktion von Phenol). Dazu kommen dann mehrere Nitrogruppen die einen -M-Effekt auf den Ring ausüben und so gleichzeitig die Elektronendichte am OH-bindenden C verringen und das nach der H+-Abgabe negativ geladene Ion stabilisieren. Daher geht es kaum eine Rückreaktion ein, die Protolyse erfolgt fast vollständig.
GlobusEnte ist offline   Mit Zitat antworten
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