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Lösungen:
| 1. |
Übersetze die Reaktionsschemata aus den Beispielen in entsprechende
Reaktionsgleichungen!
Beispiel 1:
Salzsäure + Magnesium —> Magnesiumchlorid + Wasserstoffgas
HCl(aq) + Mg(s)
----> MgCl2(aq)
+ H2(g)
Beispiel 2:
Salpetersäure + Kalilauge —> Kaliumnitrat + Wasser
HNO3(aq) + KOH(aq) ----> KNO3(aq)
+ H2O(l)
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| 2. |
Was ist der gängige
Nachweis für Wasserstoffgas? Formuliere die
Reaktionsgleichung!
Der gängige Nachweis für
Wasserstoffgas ist die Knallgasprobe: 2 H2(g) +
O2(g) ----> 2 H2O(g)
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| 3. |
Formuliere die Reaktionsgleichung der Bildung von
Salpetersäure
und
Schwefelsäure aus den entsprechenden Oxiden
in Reaktion mit Wasser.
Salpetersäure:
2 NO2(g) + H2O(l) + 1/2
O2(g) ----> 2 HNO3(aq)
Schwefelsäure: SO2(g) + 1/2
O2(g) ----> SO3(g); SO3(g)
+ H2O(l) ----> H2SO4(aq)
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| 4. |
Informiere dich über die
pH-Skala!
siehe dazu:
Säuren-Laugen-Indikatoren
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| 5. |
Notiere dir sorgfältig die
Beobachtungen zu den folgenden
Versuchen!
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Versuch 1: |
Gleich große Stoffportionen
von Ameisensäure (Methansäure), Essigsäure (Ethansäure), Propansäure und
Hexadecansäure (Palmitinsäure) werden in a) Wasser und b) Heptan zu
lösen versucht.
Beobachtung: Ameisensäure, Essigsäure und
Propansäure sind in Wasser unbegrenzt löslich, Hexadecansäure ist
unlöslich.
In Heptan sind alle vier Carbonsäuren gut löslich: Zwei Säuremoleküle
bilden mit ihren Carboxylgruppen eine stabile Wasserstoffbrückenbindung.
Die so entstandenen Dimere sind nach außen hin insgesamt unpolar, über
ihre unpolaren Kohlenwasserstoffreste lösen sie sich mittels
Van-der-Waals-Kräfte in Heptan. |
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Versuch 2: |
In einer Petrischale (auf
einem OHP) befindet sich wasserfreie Essigsäure, in die ein kleines
Stück Magnesiumband und ein Körnchen Lackmus gelegt wird. Mit einer
Pipette wird nach einiger Zeit Wasser hinzugefügt.
Beobachtung:
Zwischen wasserfreier Essigsäure und Magnesium kommt es zu keiner
Reaktion, diese beginnt erst nach der Wasserzugabe. Entsprechend zeigt
Lackmus eine Farbänderung nach rot.
Erst durch die Wasserzugabe kommt es zu einer Protonenbildung: Magnesium
reagiert mit den Wasserstoffionen unter Bildung von Mg-Ionen und
gasförmigem Wasserstoff (Gasbläschen am Mg-Band). |
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Versuch 3: |
Reine, wasserfreie
Essigsäure wird auf ihre elektrische Leitfähigkeit hin überprüft. Dazu
wird bei einer Wechselspannung von U = 10 V die Stromstärke gemessen.
Nach der ersten Überprüfung wird tropfenweise Wasser zugegeben und
jedesmal die Stromstärke neu abgelesen.
Beobachtung:
Bei Wasserzugabe
entsteht elektrische Leitfähigkeit, die mit zunehmender Wasserzuführung
bis zu einem maximalen Punkt steigt.
Dies kann nur erklärt werden durch Ionenbildung, d.h. Essigsäure bildet
mit Wasser Ionen: Wasserstoff- und Acetat-Ionen. Mit weiterer
Wasserzugabe nimmt deren Konzentration zu. |
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| 6. |
Versuche eine
Interpretation der Beobachtungen zu Versuch 1 und 2.:
siehe oben! |
7. |
Messwerte-Tabelle
zu Versuch 3.
| Anzahl Wassertropfen |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
| Stromstärke I [μA] |
14,38 |
18,94 |
25,85 |
32,75 |
40,56 |
51,79 |
65,35 |
75,05 |
86,5 |
99,8 |
bei 1 mL Wasser: 468
μA = 0,468 mA; bei 1,5 mL
Wasser: 971 μA = 0,971 mA.
Die Anfangsleitfähigkeit
von 14,38 μA ergibt sich daraus, dass wirklich wasserfreie
Essigsäure sehr teuer ist, deswegen in einem Schullabor nicht zu finden,
und dass diese Essigsäure extrem hygroskopisch ist.
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| 8. |
Welche natürlichen Carbonsäuren sind dir dem Namen nach bekannt?
Stelle eine Liste zusammen!
Bekannte Säuren
sind Essigsäure, Ameisensäure, Buttersäure
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| 9. |
Viele Carbonsäuren haben eine gemeinsame Eigenschaft, die mit dem
generellen Thema des Kursabschnittes zu tun hat. Um welche Eigenschaft
geht es? Wie ist diese Eigenschaft bei den einzelnen Carbonsäuren
spezifisch ausgeprägt?
Viele Carbonsäuren sind
Bestandteile von Aromastoffen. Mit entsprechenden Alkoholen bilden sie
sog. "Fruchtsäureester".
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| 10. |
Welche spezifischen Bindungsverhältnisse sind in der
Carboxy-Gruppe
vorhanden? Stichwort: Elektronegativität! Beschreibe und skizziere die
Bindungssituation!
Aufgrund der Ladungsverteilung in der Carboxy(l)gruppe infolge der
unterschiedlichen Elektronegativitäten und Bindungen (Einfach- und
Doppelbindung) existiert an dem Kohlenstoffatom der Carboxygruppe eine starke
positive Partialladung. Diese wirkt sich über den Sauerstoff der Hydroxylgruppe auf die Bindung zwischen dem Wasserstoff- und Sauerstoffatom
verstärkend so aus, dass diese stark in Richtung Sauerstoffatom verschoben
ist. Durch den Elektronegativitätsunterschied zwischen Sauerstoff und
Wasserstoff handelt es sich ja eh schon um eine stark polare Atombindung.
Die Polarisierung der Bindung erleichtert die Ablösung des Protons durch
eine Base (Wasser), verbunden damit ist ein Energiegewinn, der durch die
Ausbildung des Carboxy(l)ations eintritt. Dieses ist nämlich durch die
Verteilung der negativen Ladung und die Verteilung der Bindungselektronen
über drei Atome ( O-C-O) besonders energiearm. Man nennt diesen Effekt auch
Mesomerie (Resonanz) und die damit verbundene energetische Absenkung auch
Mesomerie oder Resonanzstabilisierung.
Nach Wikipedia ist "Carboxy-" der neuere Name, "Carboxyl-" dagegen
veraltet. Entsprechend heißt es dann "Carboxyat-" oder eben veraltet "Carboxylat-".
Da die IUPAC, die diese Namen generiert, "alle Jahre eine neue Sau
durchs Dorf treiben" muss, bin ich der Meinung, dass die Namensgebung
ruhig etwas didaktisch ausgerichtet werden kann: "Carboxyl-" entspricht
dann eben auch "Carbonyl-" und ebenso auch "Carboxylat-". Aber das ist
nur meine unmaßgebliche Meinung!
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| 11. |
Welche Rolle übernimmt das
Wasser bei der Reaktion der Carboxygruppe
mit Wasser? Erkläre in diesem Zusammenhang die Beobachtungen zu Versuch
3! Formuliere die entsprechenden Reaktionsgleichungen!
Wasser übernimmt die Rolle des Protonenablösers, des
Protonenakzeptors: Ohne die Bindung des Wasserstoffions der
Carboxylgruppe gibt es keinen
Ablösungsprozess und damit Mesomeriestabilisierung des Carboxylations.
CH3COOH(l) + H2O(l)
----> CH3COO¯ (aq)
+ H3O+(aq)
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