Lernzettel Chemie Abitur

Alternativer Bildtext:

erreicht -hat kein Einfluss auf die Conzentration oder Lage des Gleichgewichts Zeit Ke Gleichgewichtskonstante x=Stochiometrischer Faktor X= Stoffe C-Konzentration des Stoffes Die Konzentrationen in einem Chemischen Gleichgewicht stehen zueinander in einem Verhältnis, dass durch das Massenwirkungsgesetz beschrieben wird. Gleichgewichtskonstante Ke Kc <1> Gleichgewicht auf Seiten der Edukte: C(Edukte) > C (Produkte) Kc>1>Gleichgewicht auf Seiten der Produkte: C(Edukte) <C(Produkte) Kc = 1 -> Gleichgewicht genau gleich (mittig): C(Edukte) = C(Produkte) Prinzip von LeChatelier Prinzip des kleinsten Zwangs (1888) übt man auf ein im dynamisch Gleichgewicht befindliches System durch Änderung von Druck, Temperatur oder Konzentration einen Zwang aus, dann verschiebt sich das Gleichgewicht so, dass dieser Zwang verkleinert wird. Gleichgewicht verschiebt sich bei Druckänderung nur, wenn die Anzahl an (G)-Teilchen links und rechts unterschiedlich ist. Bei Temperaturerhshung wird immer die endotherme Reaktion gefördert. Bei Temperaturverringerung wird immer die exotherme Reaktion bevorzugt. Haber-Bosch-Verfahren -Ammoniaksynthese N₂(g) + 3H₂(g) 2NH3 (9) -Stickstoff ist reaktionsträge -Erhöhung der Temperatur, vermindert Ammoniakausbeute -Katalysator kann Reaktion trotz niedriger Temperatur beschleunigen -kann auch durch Erhöhung von Druck effizient werden. -Druck: 200 bar und Eisenkatalysator bei 500°C ENERGETIK Energie eines Systems -innere Energie (U): die Summe chemischer Energie, thermischer Energie und der Teilchenanzahl AU-Q+W 1. Satz d. Thermodynamik: Energie kann weder erschaffen noch vernichtet werden. Sie wird lediglich von einer Form in die andere umgewandelt. offenes System: unverschlossen, Stoffe/Energie mit umgebung austauschen z. B. Holzofen geschlossenes System: verschlossen, nur noch Energie - (Wärme/Licht) Austausch mit der Umgebung möglich, 2.B. Glühlampe isoliertes System: isoliert (undurchsichtig), verschlossen, kein Energie-/Stoffaustausch möglich 2.B. Thermoskanne Reaktionswärme Q exotherme Reaktion: innere Energie -> thermische Energie → als Reaktionswärme Q an Umgebung endotherme Reaktion: System nimmt Energie von außen auf -> Q wird positiv weil innere Energie nachher großer ist Volumenarbeit W -messbar, wenn gasförmige Produkte mit Kolbenprober aufgefangen werden -innere Energie nimmt durch freiwerdende lase ab -System verrichtet Arbeit an der Umgebung. -ergibt sich aus Produkt der Volumenveränderung AV bei konstantem Druck p W = -p.AV Kalorimetrie Lashrer -Thermometer Ly --Kalorimetergefäß Wasser -Reagenzglas mit Gemieck -Reaktionsgefäß das von einem Wasserbad umgeben ist -Reaktionswärme Q vom System an Wasserbad übertragen -Temperaturanderung d. Wassers vom Thermometer erfasst Q~AT -genaue Wärmebestimmung: isolierte Außenwände Berechnung Q: Q=-Cp (H₂0) m(H₂0) AT Cp=Spezifische Wärmekapazität v. Wasser (4,18 g-k) Enthalpien Reaktionsenthalpie: molare Reaktionsenthalpie: -normale Reaktionsenthalpie A.lt auf Stoffumsatz beziehen -gibt Reaktionsenthalpie für Amd an molare Standardreaktionsenthalpie: -Werte für Reinstoffe unter Standardbedingungen (298k, 101,3 kPa) -AH -Apth (Edule) molare Standardbildungsenthalpie: - Reaktionsenthalpie von 1 mol bei Standardbedingungen -AcHm Edukke Satz von Hess - mit AH kann 4.H₂⁰ berechnet werden. -Summe Apt aller Produkte - Summe Ap Hmº aller Edukite (mit bestimmter Reaktionsgleichung) -stöchiometrische Zahlen (v) sind wichtig 4H₂=Ev. ApH (Produkte) - Ev. AcH (Edukte) Elemente - konstanter Druck bei offenen Gefäßen: AU=Q-p⋅AV -AU uninteressant, eher Q: Q=AU+p• AV -Reaktionsenthalpie A, H AR A₁H=Q; ArH=AU+p⋅AV -entspricht bei einer Reaktion mit konstantem Druck, der Reaktionswärme Q 4-4 (Produ)-4 (Edit) Ath (Produle -ArH bestimmen, Berechnen der benutzten Stoffmenge (n=c.V (mol/1·1) berechnen der molaren Reaktionsenthalpie: 4, Hm (Stoff) = n(Stoff) (mol) Produkte SAURE-BASE-CHEMIE pH-/pOH-Wert pH + pOH = 14 (bei 25°C) pH=-Igc (H₂0¹) pOH =-gC(OH) saure Lösung: c(H₂0¹) > C(OH) neutrale Lösung: C(H₂O) = C(OH) alkalische Lösung: C(H₂0¹) < c(OH) starke Säuren: pH = -log(c₂ (HA)) schwache Säuren: pH= 1/2 (pks-log(C.(HA)) pks-Wert (FS. 128) pks <-1,74 = Stark (rest ist schwach) pks + pkg=14 Je stärker die Säure, desto schwächer ihre korrespondierende Base. Je stärker die Base, desto schwächer ihre korrespondierende Säure. Saure-Base-Konzept Bronstedt Donator-Akzeptor-Prinzip Base: nimmt Proton auf (Akzeptor) Säure: gibt ein Proton ab (Donator) Proton geht an freies Elektronenpaar, eines Wassermoleküls Korrespondierende Säure-Base-Paare Bsp: Schwefelsäure: H₂SO4 -> 2- SO₂² HA-Protonendonator pH <7 pH = 7 pH >7 H₂SO4+H₂O = HSO4 (aq) + H₂0 (99) HSO₂ (a + H₂O = SO₂₁²+ (aq) + H₂O² (90) (aq) Dissoziation Dissoziation ist die Aufspaltung von Stoffen in ihre Einzelteile. Mit diesem Modell konnte man die elektrische Leitfähigkeit und gegenseitige Neutralisation erklären. Autoprotolyse von Wasser 2H₂010 = H₂O + (aq) + OH (aq) Wasser hat bewegliche geladene Teilchen (lonen) -Wassermolekule sind Ampholyte (Akzeptor oder Donator) → können miteinander reagieren (Autoprotolyse), Oxonium-lonen (H₂0¹) & Hydroxid-lonen (OH) entstehen - Umkehrung der Neutralisationsreaktion -endotherm (Neutralisation - exotherm) Tonenprodukt des Wassers Kw Kw=Kc C(H₂0)²=C(H₂0¹) C(OH) Produkt der Konzentration der Oxonium- und der Hydroxid-lonen ist immer 10-14 Puffer: Wirkungsweise -stabilisieren den pH-Wert -> in Pufferlösung enthaltenden schwachen Säuren und Basen Hydroxid- & Oxonium - lonen abfangen -H30* von Base abgefangen; OH" von der Säure - Bsp: Acetal, Phosphat, Carbonat Acetat-Puffer: CH3COOH + H₂O CH ₂ COO + H₂0² -gibt man H30¹-lonen hinzu, wird Rückreaktion bevorzugt -gibt man OHF hinzu, wird die Hinreaktion bevorzugt REDOXCHEMIE & ELEKTROCHEMIE Redoxreaktionen Reduktion: Elektronenaufnahme -> Abnahme der Oxidationszahl Oxidation: Elektronenabgabe -> Zunahme der Oxidationszahlen Reduktionsmittel: wird oxidiert (Elektronendonator) Oxidationsmittel: wird reduziert (Elektronenakzeptor) Oxidationszahlen: -in römischen Zahlen angegeben. -ungeladene Moleküle: Ladung des Moleküls= Summe der Oxidationszahlen -lonen: Summe der Oxidationszahlen = Ladung -Wasserstoff: + I -Sauerstoff:-II (außer H₂O₂ ->-I) - in Verbindungen: Metalle positive Oxidationszahl -Elemente: immer Oxidationszahl ±0 Daniell-Element Zink- elektrode Zink- elektrode Zinksulfatlösung Elektronen Zinksulfatlosung Elektronen- V Galvanisches Element (-) Anode Zinkionen Anode Zinkonen Salzbrücke V Salzbrücke Sulfationen Sulfationen FE Kupfersulfatlösung Kathode Kupfer- elektrode (+) Kathode Kupfer- elektrode Kupfersulfatiösung Durch einen Elektronenüberschuss in der Zinkelektrode. werden einige Elektronen über das Spannungsmessgerät in die Kupferelektrode geleitet. Da diese Lösung nun negativ geladen ist muss auch ein lonenaustausch stattfinden. So gehen die Sulfationen in die Salzbrücke und man hat einen Ladungsausgleich. Jetzt sind Anode und Kathode wieder ausgeglichen. Bei der Anode findet eine Oxidation statt und bei der Kathode eine Reduktion. Somit ist die gesamte Reaktion eine Redoxreaktion. -Daniell Element ist Spezialfall von Galvanischer Zelle (mit Zink und Kupfer). -Redoxreaktion läuft freiwillig ab gibt Energie ab (Batterie) (Spannungsquelle) -Anode-Oxidation, Kathode->Reduktion -Reduktion/Oxidation räumlich getrennt -Salzlösungen als Elektrolyte bezeichnet -Kurzschreibweise: Zn/Zn²+ // Cu²+ /Cu Zellspannung (u) -Differenz von Standardpotenzialen der beiden Metalle U= E(Akzepiorhalbzelle) - E (Donatorhalbzelle) Redoxpotential E -elektrische Potenzial einer Halbzelle - für Halbzelle spezifisch -hängt von Druck, Temperatur, Konzentration ab - nicht direkt messbar, nur elektr. Spannung messbar d. galvanischen Zelle Standard wasserstoffhallozelle -Wather Nerst -Bezugshalbzelle unter Standardbedingungen -Platinelektrode in saure Lösung und wird von Wasserstoffgas umspült -Standard potenzial exakt auf Ovolt festgelegt elektrochemische Spannungsreihe (FS. 133) -Standard potenzial E° (Einheit: Volf) -kann Zellspannung u für Daniell-Element berechnet werden -Richtung der Redoxreaktion vorhersagen ktrochemische Spannungsreihe der Betalle, Standardpotenziale E bei 2 1913 Red OMM Standardpotencial in 2 Na Mg A 2² .... +2e 20 30 - +30 fo ². K CA M M Ph Hog 1 www K/K Ba/Be ca/Ca Mg Mg APINL Ma Ma feite NINE Saya Pb³b Fele zra Cu Cu NIN HeHe N'The -3.04 2.90 -2.71 -2.36 -1.66 0.75 -0,74 -0.41 -0.40 -0.29 -0.23 -0.02 4.35 9.52 1.20 158 Bergab-Regel → start beim Reduktionsmittel →> gedachte Bewegung der Elektronen wird betrachtet -> Batterie, Akkumulator, Brennstoffzelle: Batterie: galvanisches Element entladen-> gespeicherte chemische Energie durch Redoxreaktion in elektrische Energie umgewandelt -> Energiespeicher Akkumulator: durch Elektrolyse wieder aufladbares gE: Elektrodenreaktionen sind umkehrbour - bis zu 1000-mal wieder aufladbour, 2->elek. Energie, Laden (Elektrolyse): elektr. Energie zu chem. Energie, Energiespeicher Entladen: chem. Energie-> Brennstoffzelle: gE, bei dem energieliefernde Stoffe stetig hinzugefügt werden, Akzeptor-Halbzelle: Sauerstoff wird reduziert Donator-Halbzelle: Brennstoff (H...) wird oxidiert, kein Speicher -> Energiewandler Elektrolyse Anode Anionen Membranverfahren Kationen Elektronerflues Kathode - Akku (Energiespeicher) -Energie muss hinzugefügt werden -Redoxreaktion läuft nicht freiwillig ab -Spannungsquelle angelegt -Kathode & Anode vertauscht -elektrische Energie wird in chem. umgewandet. -Anode /Kathode durch Membran getrennt -Lösungen können sich nicht mischen -aus Polytetrafluorethen (PTFE) -nur positive Natrium-lonen (Na*) können hindurch Diaphragmaverfahren -Vorläufer des Membranverfahrens -keine spezielle Membran, nur Diaphragma -Tässt auch negativ geladene lonen durch -Natronlauge enthält noch Cr - Kochsalzlösung wird durch Diaphragma gepresst -Titananode von Natriumchloridlösung umgeben, bildet sich Chlor - Nickel- oder Edelstahlkathode von Natronlauge umgeben -Na-Ionen aus NaCl wandern durch Membran (Ladungsausgleich); gesättigte -Natronlauge ist hochkonzentriert /rein NaCl- Lösung gesof- tigte NaCl- Lösung Amalgamverfahren -Kathode/Anode nicht räumlich getrennt -Titananoden tauchen in NaCl-Lösung -Kathode ist dünne Schicht flüssiges Quecksilber ↳bildet sich Natrium (Kein H₂) - Natrium + Quecksilber - Legierung Amalgam -Amalgamzersetzer: Natrium reagiert mit Wasser -> Natronlauge -Quecksilber wiederverwendbar Titan- elektrode Ⓒ verdünnte NaCl- Lösung O 2e gesättigte NaCl- Cl₂ Lösung Quecksilber Cl₂ oll CI –2CF 2 e 4₂=4,5V 2 Na S U₂=4,5V -201 <OH H₂ Eisenplalle. U₂=3V 2H₂0- 2 OH 2NQ* →→→→20H -Diaphragma OH H₂ 2H₂0 Amalgam- 2 e -PTFE-Hembran Zellen- lauge (NaCl+ NaOH) verdünnte Noc-beung H2 000 000 0000 -Stahl- Nickel- elektrode konzen trierte NaOH- Lösung Wasser Amalgam- zerbetzer NaOH- Losung -H₂O -Graphit- slabe Chloralkalielektrolyse -Chlor und Natrium werden aus Chloralkalielektrolyse mit Natrium chloridlösung gewonnen -Nebenprodukt ist Wasserstoff, z. B. für Brennstoffzellen -Minuspol: Wasserstoff; Pluspol: Sauerstoff - durch Titananoden Sauerstoffabstoßung sehr gering ->hauptsächlich Chlor wird gebildet Minuspol (Kathode): Na+ e ->Na 2H₂O +2e -> H₂+20H Pluspol (Anode) 2C -> Cl₂ +2e 2H₂O -> 0₂ + 4H* + 4e organische chemie Alkane (v-d-w) Alkene (v-d-w) Alkine (V-d-W) Ether (DD) Ester (DD) #funktionelle Gruppe Alkanole/Alkohole (HB) CnH₂n+OH -ol Alkanone/ Keton (DD) CnH₂nO -on Alkanale/Aldehyde (DD) CnH₂n+ CHO -al Carbonsäure (HB) CnH₂n+ COOH-säure CnH2n-20 CnH2n00 Isomerie CnH2ntz Conten Nomenklatur CH₂ Alkene: längste Kette, Position Doppelbindung, weitere Nebengruppen CH₂-CH₂-CH-CH=C-CH₂ 2,4-Dimethylhex-2-en Alkine: langste Kette, Position Doppelbindung, weitere Nebengruppen, Doppelb. kleinere Zahl CH=C-CH3 Propin Alkanole: längste Kette + Endung, Position OH-Gr., weitere Nebengruppen CH3-CH-CH-CH-CH3 3,4-Dimethypentan-2-ol Alkanone: langste Kette, Alkanal Name + on, Cs -an unpolare Verbindungen, gesättigte Kohlenwasserstoffe -en ungesältigle Kohlenwasserstoffe mit mind. einer C=C-Doppelbindung CnH2n-2 -in ungesältigle Kohlenwasserstoffe mit C=C-Dreifachbindung Wasserstoffatom (e) durch Hydroxy-Gruppe ersetzt (OH-Gr.-> einwertig) mittige Carbonylgruppe (CO) Alkohol ohne Wasserstoff, Coccarbonylgruppe), Fehlingprobe COOH (Carboxy gruppe) zwei Alkylgruppen die mit O verbunden sind Eigenschaften Carbonsáure: Name d. Alkans mit gleich vielen C's -> -säure dran hängen C4 H₂COOH Pentangäure Ether: Name beider Allylgruppen in alphabet., Endung ether w Butylethylether; N° Dipropylether -Moleküle mit gleicher Molekülformel, aber unterschiedlicher Strukturformel -Carboxygruppe -H-Brücken -Dimere -ether -ester Siedetemperatur: Alkansäuren hohe Siedetemperatur Löslichkeit: > Alkanole > -Hydroxygruppe -H-Brücken Alkanale -unpolares löst sich in unpolarem -unpolares löst sich nicht in polarem -Carbonylgruppen -Dipol-Dipol OH > Alkane niedrige Siedetemperatur -keine funkt. Gruppe -V-d-W-Kräfte -je länger die unpolare Alkylkette, desto weniger löst sich der Stoff in polarem Lösungsmittel -polares löst sich in polarem partielle Oxidation - wenn nicht die maximale Oxidationszahl in bspw. einem C-Atom (+II) erreicht wurde, nachdem es oxidiert wurde -beim Erreichen der maximalen Oxidationszahl spricht man von einer vollständigen Oxidation primare Alkohole -> Aldehyde/Alkanale Aldehyde->Carbonsäure sekundare Alkohole -> Alkanone Alkane vollständig Wasser + Kohlenstoffolioxid Fehling-Probe -Aldehyd wird durch Kupferionen aus Cusa, zu Carbonsäure oxidiert L> Kupfersulfat zu Kupfer (I)-oxid (Cu₂0) -rotbrauner Niederschlag (beim Aldehyd) -,, Fehlingreagenz" Ablauf: -Fehling-1-Lösung: Kupfer (II)-sulfat in Wasser (hellblau) - Fehling-2-Lösung: Seignettesalz + Natriumhydroxid in Wasser (farblos, wie H₂0) -Fehling 1 & Fehling 2 zusammenmischen -> dunkelblau - untersuchende Substanz in Fehling-Gemisch -> in Wasserbad erwärmen - wenn Aldehyd vorhanden: roter Niederschlag bildet sich Radikalische Substitution H H-CH H Methanmolekül H |Br+Bri Brommolekül H-C _ H-C. + ---- + Br Br + Bromradikal H Methylradikal Brommolekül 1Br. + Brl Bromradikale Bri Methylradikale -H H H-C. + H Methylradikal Bromradikal Licht Bri Br+ Bri Bromatome(Radikale) H-C. H Methylradikal Bromwasserstoff- molekül H H-C-Bri + Bri + H-Bri H Brommethan- Bromradikal molekül Br-Bri Brommolekül H- C-H H H Ethanmolekül H H-C-Bri Brommethanmolekül start durch Radikalbildung -Brommoleküle mit UV spalten -> Bromatome mit ungepaarten Elektronen 1. Kette 2. Kettenfortpflanzung -Bromradikale greifen Methanmoleküle an →H wird abgestoßen -> reagiert zu HBr -Methylradikal reagiert mit Br -> Brommethanmolekül + Bromradikal -pro Methanmolekül ein H-Atom durch Br ersetzt -bis zu 10.000 mal wiederholbar 3. Kettenabbruch -durch Rekombination der Radikale -nur so lange wie durch UV, Radikale entstehen R+ Kunststoffe Duroplaste: -stark vernetzt R- Elastomere: schwach vernetzt Thermoplaste:-unvernetzt H Radikalische Polymerisation R. + H с HH + -nicht recyclebar, verformbar, löslich, schmelzbar -quillt bei Verbrennung auf ->zersetzt sich HHHH -gummielastisch, nicht dauerhaft verformbar (Entropie), nicht schmelzbar, recyclebar -in bestimmten Materialien quellbar -verbrennt rückstandslos H H -durchsichtig -gute plastische Verformung -Schmelzbar, quellbar -verbrennt schwarz X-H H ī HH -R- 10. HH HH C C•+•C-C-RR- II C-0. HHH H H н н -2 HHH H dd ĭTTI -R HHHHH H 'n +200₂ O. Bildung von Startradikalen -Initiatoren zerfallen durch UV/Wame -> Radikal 1. Startreaktion -Radikal addiert an Doppelbindung v. Monomer -wird aufgespalten-> C-Atome in einfachbindung -C-Atom besitz freies Elektron-> Monomer (Alkyl-)radikal 2. Kettenwachstum -Alkylradikal reagiert mit Monomer -> Radikal - Verlängerung der Kohlenstoffkette 3. Abbruchreaktion -zwei Radikale treffen aufeinander ->gehen Elektronen paarbindung ein - zufälliger Abbruch: Entstehung von Makromolekülen mit unterschiedl. Kettenlänge