Die Elektronenpaarbindung: Übungen AFB II – Chemie Klasse 10

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Aufgabenblock — AFB II

Zehn Sachaufgaben aus dem ganzen Kapitel, bunt gemischt: Bindungsenergien bilanzieren, Lewis-Formeln herleiten, mit dem EPA-Modell die Form bestimmen und mit ΔEN über Polarität und Bindungsart entscheiden — mit gestuften Tipps, wenn du nicht weiterkommst.

Energiebilanz der Ammoniaksynthese

AFB II

In der Industrie wird Ammoniak aus den Elementen hergestellt: \(\mathrm{N_{2} + 3 H_{2} \longrightarrow 2 NH_{3}}\). Bindungsenergien: N≡N 945 kJ/mol, H–H 436 kJ/mol, N–H 391 kJ/mol.

a) Berechne die Energie, die zum Spalten aller Bindungen in 1 mol \(\mathrm{N_{2}}\) und 3 mol \(\mathrm{H_{2}}\) nötig ist. b) Berechne die Energie, die frei wird, wenn aus den Atomen 2 mol \(\mathrm{NH_{3}}\) entstehen.

a) E = kJ

b) E = kJ

Ansatz: Spalten: eine N≡N- und drei H–H-Bindungen. Bilden: Jedes NH₃-Molekül hat drei N–H-Bindungen, 2 mol also 6 mol N–H.

Rechenweg: a) 945 kJ + 3 · 436 kJ. b) 6 · 391 kJ.

Lösung: a) 2253 kJ b) 2346 kJ

Vollständige Lösung

a) \(E = 945 + 3\cdot 436 = 945 + 1308 = 2253\) kJ müssen zugeführt werden. b) \(E = 6\cdot 391 = 2346\) kJ werden frei. Beim Bilden wird 93 kJ mehr frei, als das Spalten kostet — die Reaktion ist exotherm. Hinweis: Gemessen werden 92 kJ; mit mittleren Bindungsenergien stimmt die Bilanz gut.

Energieschema der Ammoniaksynthese (nicht maßstäblich)

Ethanol und Dimethylether

AFB II

Ethanol (im Desinfektionsmittel) und Dimethylether (Treibgas in Sprühdosen) haben beide die Summenformel \(\mathrm{C_{2}H_{6}O}\). Im Ethanol sind die Atome als CH₃–CH₂–O–H verknüpft, im Dimethylether als CH₃–O–CH₃.

Stelle für beide Moleküle die Lewis-Formel auf. a) Wie viele Striche hat jede der beiden Formeln? b) Wie viele freie Elektronenpaare enthält jedes Molekül?

a) Striche:

b) freie Paare:

Ansatz: Valenzelektronen: C 4, H 1, O 6 — die Summe ist für beide Moleküle gleich.

Rechenweg: \(2\cdot 4 + 6\cdot 1 + 6 = 20\) Elektronen = 10 Striche. Zähle die Bindungen im Gerüst; der Rest sind freie Paare.

Lösung: a) 10 Striche b) 2 freie Paare

Vollständige Lösung

a) 20 Valenzelektronen = 10 Striche. b) Ethanol: 5 C–H, C–C, C–O, O–H = 8 Bindungen; Dimethylether: 6 C–H, 2 C–O = 8 Bindungen. Die übrigen 2 Striche sitzen jeweils als freie Paare am O-Atom. Hinweis: Gleiche Summenformel, gleiche Strichzahl — trotzdem zwei verschiedene Stoffe. Erst die Lewis-Formel zeigt, wie die Atome verknüpft sind.

Trickaufgabe: Butadien für Autoreifen

AFB II

Buta-1,3-dien \(\mathrm{C_{4}H_{6}}\) ist ein Ausgangsstoff für Synthesekautschuk. Die vier C-Atome bilden eine Kette CH₂–CH–CH–CH₂.

Leite die Lewis-Formel her. a) Wie viele Striche hat die Formel? b) Wie viele Doppelbindungen enthält das Molekül?

a) Striche:

b) Doppelbindungen:

Ansatz: \(4\cdot 4 + 6\cdot 1 = 22\) Valenzelektronen = 11 Striche. Baue das Gerüst aus Einfachbindungen.

Rechenweg: Gerüst: 6 C–H + 3 C–C = 9 Striche, 2 bleiben übrig. Welche C-Atome haben erst 6 Elektronen?

Lösung: a) 11 Striche b) 2 Doppelbindungen

Vollständige Lösung

a) 22 Elektronen = 11 Striche. b) Nach dem Gerüst hat jedes C-Atom nur 3 Striche. Die 2 übrigen Striche werden bindend — zwischen C1 und C2 sowie zwischen C3 und C4: CH₂=CH–CH=CH₂. Jedes C hat dann 4 Striche, und es gibt kein einziges freies Paar. Hinweis: Wer die 2 Striche als freie Paare verteilt, verletzt bei zwei C-Atomen das Oktett.