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1.8. Aufgaben zur Elektronenpaarbindung
Aufgabe 1: Elektronenpaarbindung a) Welche anderen Bezeichnungen gibt es für die Elektronenpaarbindung? b) Wie erreichen Nichtmetallatome die Edelgaskonfiguration, wenn sie auf Metallatome treffen? c) Wie erreichen Nichtmetallatome die Edelgaskonfiguration, wenn sie auf andere Nichtmetallatome treffen? d) Warum reicht für die Erklärung der Metall- und Ionenbindung das einfache Schalenmodell aus, während für die Erklärung der Elektronenpaarbindung das Orbitalmodell benötigt wird?
Aufgabe 2: Wasserstoff a) Durch welche Kräfte werden die beiden Kerne in einem Wasserstoffmolekül zusammengehalten? b) Warum gibt es H 2 -Moleküle aber keine H 3 -Moleküle und keine einzelnen H-Atome in der Natur? c) Was ist der Unterschied zwischen einem Molekülorbital und einem Atomorbital? d) Voll besetzte Atomorbitale (bzw. freie Elektronenpaare) sind sehr viel voluminöser als voll besetzte Molekülorbitale (bzw. gebundene Elektronenpaare). Durch welche Kräfte werden die Elektronen in einem Molekülorbital zusätzlich zusammengezogen?
Aufgabe 3: Hybridisierung a) Trage in dem nebenstehenden Ausschnitt des PSE die Nichtmetalle ein und kennzeichne die Außenelektronen mit Punkten und Strichen: b) Wie viele Bindungen können die aufgeführten Atome jeweils ausbilden? c) Was bedeutet der Begriff Hybrid bzw. Hybridisierung?
Aufgabe 4: Strukturformeln Entwickle die Strukturformel und die Summenformel für die folgenden Verbindungen:
Name Strukturformel Summenformel Name Strukturformel Summenformel
Wasserstoff Chlorwasserstoff
Sauerstoff Schwefeldiwasserstoff
Stickstoff Phosphortriwasserstoff
Chlor Siliziumtetrawasserstoff
Iod Kohlenstoffdisauerstoff (Kohlenstoffdioxid)
Schwefel S 8 Sauerstoffdifluor
Phosphor P 4 Ethan C 2 H 6
Ethen C 2 H 4
I IV V VI VII
Methanol CH 4 O
Methanal (Formaldehyd)
CH 2 O
Blausäure HCN
Distickstofftrisauerstoff
Aufgabe 5: Mehrfachbindungen a) Warum bilden die Elemente der 8. Hauptgruppe keine zweiatomigen Moleküle? b) Warum bilden die Elemente der 4. Hauptgruppe keine zweiatomigen Moleküle? c) Warum bilden die Elemente der 3. Periode keine zweiatomigen Moleküle?
Aufgabe 6: Struktur- und Summenformeln Ergänze die Reaktionsgleichungen und formuliere die Strukturformeln und Namen aller beteiligten Stoffe:
a) __ F 2 + __ H 2 → _______ e) __ Cl 2 + __ F 2 → ________ i) __ F 2 + __ O 2 → ______
b) __ S 8 + __ H 2 → _______ f) __ O 2 + __ F 2 → ________ j) __ N 2 + __ O 2 → __ N 2 O 3
c) __ P 4 + __ H 2 → _______ g) __ N 2 + __ F 2 → ________ k) __ P 4 + __ O 2 → __ P 4 O 6
d) __ Si + __ H 2 → _______ h) __ C + __ F 2 → ________ l) __ C + __ O 2 → _______
Aufgabe 7: Struktur- und Summenformeln Gib jeweils eine mögliche Strukturformel an a) C 4 H 10 c) H 2 CO 2 e) C 4 H 8 O g) SiO 4 H 4 b) C 5 H 10 d) H 2 CO 3 f) H 2 O 2 g) Si 2 O 7 H 6
Aufgabe 8: Stöchiometrie 10 g Phosphor reagieren mit Fluor im Überschuss. a) Bestimme die Summenformel sowie die Strukturformel des Reaktionsproduktes und stelle die Reaktionsgleichung auf b) Wie viel Liter Fluorgas wurden verbraucht und wie viel g Reaktionsprodukt entstehen bei dieser Reaktion?
Aufgabe 9: polare Elektronenpaarbindungen Zeichne die Strukturformeln der folgenden Moleküle, gib, wenn möglich, Plus- und Minuspol an und ordne mit Hilfe der EN-Differenzen nach Polarität: a) H 2 O, Cl 2 O, F 2 O b) H 2 S, H 2 Se, SF 2 c) CH 4 , CCl 4 , CH 2 Cl 2 d) PH 3 , NH 3 , NF 3
F
C F
F
F Kohlensdtofftetrafluor CF 4
F
O F Sauerstoffdifluor OF 2
O
N O
N O Distickstofftrisauerstoff N 2 O 3 O P O
O
P
O
P
P
O
Tetraphosphorhexasauerstoff P 4 O 6
O C O Kohlenstoffdisauerstoff CO 2
Ethen C
C H
H H
H
C 2 H 4
Methanol C
H O
H
H
H
CH 4 O
Methanal (Formaldehyd)
C
H
H
O^ CH^2 O
Blausäure H−C≡N HCN
Distickstofftrisauerstoff (^) O N^ O N^ O N 2 O 3
Aufgabe 5: Mehrfachbindungen a) Edelgase haben vollständig besetzt s- und p-Orbitale und bilden daher überhaupt keine Moleküle b) Die Atome der 4. Hauptgruppe benötigen 4 Bindungspartner, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen. Die tetraedrisch ausgerichteten sp^3 -Hybridorbitale können sich aber nicht alle zu einem gemeinsamen Partner hinwenden. c) Aufgrund ihres Umfangs stehen die sp^3 -Hybridorbitale so weit auseinander, dass sie sich nicht mehr einem gemeinsamen Partner zuwenden können.
Aufgabe 6: Reaktionsgleichungen a) F 2 + H 2 → 2 HF Fluorwasserstoff b) S 8 + 8 H 2 → 8 H 2 S Schwefeldiwasserstoff c) P 4 + 6 H 2 → 4 PH 3 Phosphortriwasserstoff d) Si + 2 H 2 → SiH 4 Siliziumtetrawasserstoff e) Cl 2 + F 2 → 2 ClF Chlorfluor f) O 2 + 2 F 2 → 2 OF 2 Sauerstoffdifluor g) N 2 + 3 F 2 → 2 NF 3 Stickstofftrifluor h) C + 2 F 2 → CF 4 Kohlenstofftetrafluor i) 2 F 2 + O 2 → 2 OF 2 Sauerstoffdifluor j) 2 N 2 + 3 O 2 → 2 N 2 O 3 Distickstofftrisauerstoff k) P 4 + 3 O 2 → P 4 O 6 Tetraphosphorhexasauerstoff l) C + 2 O 2 → CO 2 Kohlenstoffdisauerstoff
Aufgabe 7: Struktur- und Summenformeln
C
C C
H C
H
H
H
H H
H H
H
H
C
C C
H C
H
H
H H
H C
H H
H
H
C
O H
O
H
C
O O
O
H H
O
C C
H C H H
H C
H H
H
H O Si O
O
O H
H H
H
Si
O O
O
O
H H
H
Si
O
O
O H
H
H
H
O O
H
a) C 4 H 10
b) C 5 H 10
c) H 2 CO 2
d) H 2 CO 3
e) C 4 H 8 O g) SiO^4 H^4
h) Si 2 O 7 H 6
f) H 2 O 2
Aufgabe 8: Stöchiometrie a) P 4 + 6 F 2 → 4 PF 3 Phosphortrifluor b) 10 g P 4 + 10,8 l F 2 → 28,4 g PF 3
Aufgabe 9: polare Elektronenpaarbindungen a)
O
Cl Cl H
O H (^) O
F F
b)
H
S H (^) S F F H
Se H
c)
C
Cl Cl
Cl
H Cl C H H H
C H
H
Cl
Cl
d)
N
F F
F N H H H
P H H H
