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3.10 Wie viele Elektronenpaare finden wir in Molekülformeln?

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3.10 Wie viele Elektronenpaare finden wir in Molekülformeln?
Viele Flüssigkeiten und Gase bestehen aus Molekülen. Ein Molekül wiederum ist aus mindestens zwei
Atomen aufgebaut.
1 Zunächst wollen wir uns mit der Zahl der Außenelektronen eines Atoms beschäftigen. Dies erleichtert die Ermittlung und Zuordnung der Elektronenpaare in Molekülen. Stelle im Ausschnitt des Periodensystems die Valenzelektronen des entsprechenden Atoms dar. Kennzeichne
dabei ein Einzelelektron durch einen Punkt und ein Elektronenpaar durch einen Strich.
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
2 In den Molekülen gibt es häufig zwei unterschiedliche Typen von Elektronenpaaren. Schreibe die Bezeichnung für die Elektronenpaare in die Kästchen.
freies Elektronenpaar
F
F
bindendes Elektronenpaar
3 a)Trage in die nebenstehende Tabelle
die Einzelelektronen (Punkte) und die
Elektronenpaare (Striche) ein. b)Wie viele Außenelektronen weisen
die Wasserstoff-Atome bzw. die anderen
Atome in den Molekülen auf? Wasserstoff-Atome: 2
ungebundene Atome Moleküle
Cl
Cl
Cl
H
Cl
H
96 Verbrennungen liefern Energie
Cl
Ne
H
Helium-Atome: 2
He
Stickstoff-Atome: 8
Argon-Atome: 8
Cl
Chlor-Atome: 8
Neon-Atome: 8
Edelgas-Atome
H
H
N
H
N
H
Ar
H
3.11 Wir stellen Reaktionsgleichungen auf
Chemische Reaktionen werden in Form von international verständlichen Reaktionsgleichungen formuliert. Stelle nach dem folgenden Schrittschema die Reaktions­
gleichungen zu den angegebenen Reaktionen auf. Orientiere dich dabei an dem vor­
geführten Beispiel.
a) Aluminium und Sauerstoff reagieren zu Aluminiumoxid.
b) Kupferoxid (mit Cu2+-Ionen) und Wasserstoff (H2) reagieren zu Kupfer und Wasser.
c) Eisenoxid (mit Fe3+-Ionen) und Zink reagieren zu Eisen und Zinkoxid (mit Zn2+-Ionen).
d) Kupferoxid (mit Cu2+-Ionen) und Aluminium reagieren zu Kupfer und Aluminiumoxid. Hinweis:
Anzahl der Atome in einer Elementargruppe oder einem Molekül mit Ko­effizient und Index : Beispiel:
3 H2O = 3 H2O1 H-Atome: 3 · 2 = 6
O-Atome: 3 · 1 = 3
1. Schritt: Aufstellen des Reaktionsschemas a) Aluminium + Sauerstoff  Aluminiumoxid b)
Kupferoxid + Wasserstoff — > Kupfer + Wasser
c)
Eisenoxid + Zink
— > Eisen + Zinkoxid
d)
Kupferoxid + Aluminium
— > Kupfer + Aluminiumoxid
2. Schritt: Ermittlung der Zeichen und Formeln a) Aluminium: Al, Sauerstoff: O2, Aluminiumoxid: Al2O3 b)
Kupferoxid: CuO, Wasserstoff: H 2 , Kupfer: Cu, Wasser: H 2 O.
c)
Eisenoxid: Fe2O3, Zink: Zn, Eisen: Fe, Zinkoxid: ZnO.
d)
Kupferoxid: CuO, Aluminium: Al, Kupfer: Cu, Aluminiumoxid: Al2O3. 3. Schritt: Vorläufige Reaktionsgleichung a) Al + O2  Al2O3 b)
CuO + H 2
---> Cu + H 2 O
Fe 2 O 3 + Zn ---> Fe + ZnO
CuO + Al
c) d) ---> Cu + Al 2 O 3 4. Schritt: Einrichten der Gleichung a) 4 Al + 3 O2  2 Al2O3 b)
CuO + H 2
— > Cu + H 2 O
Fe 2 O 3 + 3Zn — > 2Fe + 3ZnO
c) 3CuO + 2Al — > 3Cu + Al 2 O 3 d) Verbrennungen liefern Energie 97
3.13 Chemische Reaktion und Energie
1 Neben der Stoffumwandlung ist die Energie­abgabe
oder Energieaufnahme ein wesentliches Merkmal einer chemischen Reaktion. Ergänze den Lückentext
zur Reaktion von Zink und Schwefel. Zur Einleitung der Reaktion zwischen Zink und Schwefel muss zunächst das Gemisch mit einer glühenden Nadel
Stelle gezündet
an einer
B1
werden [B1]. Es wird durch die
aktiviert. Man spricht von der B2
Zufuhr
Aktivierungsenergie
von Wärme
. Die Reaktion läuft nun von
E n e r g i e   alleine ab und zwar heftig, mit hellem Licht und unter Rauchentwicklung [B2]. Dabei wird  
W ä r m e frei wird, nennt man in Form von Licht und Wärme abgegeben. Eine Reaktion, bei der
exotherm
. Diesen ener­getischen Verlauf der Reaktion gibt man an der rechten Seite des Reak­- Zink + Schwefel —> Zinksulfid/ exotherm
tionsschemas an: 2 Warum muss das Gemisch nur an einer Stelle gezündet werden?
Nachdem man Aktivierungsenergie zugeführ t hat, setzt
die exotherme Reaktion ein. Es wird Energie frei, sodass
die Reaktion nun von alleine ablaufen kann (Domino-Effekt).
3 Kap. 3.12, B1 veranschaulicht den Ablauf einer exothermen chemischen Reaktion auf Teilchenebene. Ergänze. E n e r g i e z u f u h r
Damit die Kugel den Berg hinabrollen kann, muss sie erst unter  
ge­rollt werden. Es muss die  
A k t i v i e r u n g s e n e r g i e
s e l b s t ä n d i g
kann sie  
  hin­auf­-   zugeführt werden. Erst dann
E n e r g i e
herabrollen. Dabei wird mehr  
 frei, als zum Herauf­- E n e r g i e  rollen erforderlich war. Die Kugel kann aus eigener Kraft weiterrollen. Dieser Mehrbetrag an  
Licht
wird bei einer chemischen Reaktion in Form von  
exotherm
Die Reaktion ist  
Wärme
  und  
  abgegeben.  .
4 Wodurch wird das Abbrennen der Wunderkerzen [B3, B4] in Gang gesetzt?
D u rch Zün dung mi t ei ne m
St re ichhol z oder durc h e i n e
B3
B4
a nde re Energi eq uel l e.
Verbrennungen liefern Energie 99
D u rc h b lic k Zusam m e nf as s u ng u nd Ü bu ng
1 Zeichne die Valenzstrichformeln folgender Moleküle und gib an, welche Edelgaskonfigurationen die Bindungspartner dabei jeweils erreichen.
Summenformel/ Verbindung
Valenzstrichformel
Edelgaskonfiguration
N-Atom: N eo n
–
H–N–H
H-Atom: Helium
–
einfachste Stickstoff-Wasserstoff- Verbindung
H
_
einfachste Kohlenstoff-Chlor- Verbindung
H 2O 2
l Cl l
Cl-Atom: Arg o n
l Cl
_ l
H
O-Atom: N eo n
_ _
H
O–O
_ _
H
N 2H 4
C-Atom: N eo n
_
_
l Cl–C–Cl
_
_ l
H
N–N
_ _
H-Atom: Helium
N-Atom: N eo n
H
H-Atom: Helium
H
2 Formuliere die Reaktionsgleichungen für folgende Reaktionen: a) Ethan wird verbrannt.
2C 2 H 6 + 7O 2 — > 4CO 2 + 6H 2 O
b) Calcium reagiert mit Sauerstoff.
2Ca + O 2 — > 2CaO
c) Lithium reagiert mit Brom.
2Li + Br 2 — > 2LiBr
d) Magnesium reagiert mit Kupferoxid (mit Cu2+-Ionen) zu Magnesiumoxid und Kupfer.
Mg + CuO — > MgO + Cu
3 Stoffe können aus Ionen, Molekülen oder Atomen aufgebaut sein. Ordne jedem Stoff die entsprechende
Teilchensorte zu:
112 Stoff
Teilchensorte
Stoff
Teilchensorte
Alkohol
M o le k ü le
Kohlenstoffdioxid
Mo leküle
Aluminiumoxid
Io n e n
Wasserstoff
Mo leküle
Sauerstoff
M o le k ü le
Wasser
Mo leküle
Stickstoff
M o le k ü le
Eis
Mo leküle
Neon
A t o me
Natriumiodid
I o nen
Kupfer
A t o me
Zinkbromid
I o nen
Verbrennungen liefern Energie
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