Aufgabe 2 – Metalle

Aufgrund charakteristischer gemeinsamer Eigenschaften ordnet man die Mehrheit der Elemente den Metallen zu.

2.1

Nenne vier gemeinsame Eigenschaften der Metalle und begründe zwei Eigenschaften mit dem Bau.

3 BE

2.2

Ein wichtiges Gebrauchsmetall ist Silber. Leite aus dem Atombau unter Verwendung der Elektronenkonfiguration dieses Elementes seine Stellung im Periodensystem ab.

3 BE

2.3

Die Verbindungen des Silbers haben unter anderem in der Analytik eine große Bedeutung.

Experiment:

Löse Kaliumchlorid in Wasser und gib unter ständigem Rühren, nacheinander tropfenweise folgende Lösungen dazu, bis jeweils eine Veränderung auftritt:

Silbernitratlösung
Ammoniaklösung
Kaliumbromidlösung
Natriumthiosulfatlösung
Kaliumiodidlösung.

Notiere deine Beobachtungen und erkläre diese unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen.

Hinweis: Die Koordinationszahl von Silber beträgt 2.

8 BE

2.4

Auch wenn heutzutage fast überall nur noch digital fotografiert wird, ist die analoge Schwarz-Weiß-Fotografie unter professionellen Fotografen weiterhin beliebt. Bei der Entwicklung der Filme fällt eine silberbromidhaltige Fixiersalzlösung an. Aus dieser kann mit Hilfe von Zinkstaub das Silber aus der Lösung zurückgewonnen werden.

Stelle für diese Reaktion die Reaktionsgleichung auf.

Gib die Reaktionsart an und begründe die Spontanität dieser Reaktion.

Berechne die Masse an Zinkpulver, die man mindestens einsetzen muss, um aus 500 Litern verbrauchtem Fixierbad, mit einer Massenkonzentration an Silberionen von $Formula: 4{,}8 \, \text{g} \cdot \text{L}^{-1}$ $Formula: 4{,}8 \, \text{g} \cdot \text{L}^{-1}$ , das Silber auszufällen.

6 BE

2.1

Nennen

elektrisch leitfähig, wärmeleitfähig, verformbar, metallischer Glanz usw.

Begründen

Die Metalle bestehen aus einem Gitter, das aus Atomrümpfen besteht, die positiv geladen sind. Zwischen diesen befinden sich frei bewegliche freigesetzte Elektronen – das Elektronengas.

Leitfähigkeit: bei Anlegen einer elektrischen Spannung bewegen sich die Elektronen gerichtet durch den Kristall und können so den elektrischen Strom leiten.

Wärmeleitung: beim Erwärmen beginnt das Gitter zu schwingen, die Atomrümpfe kollidieren miteinander und übertragen so die empfangene Energie auf weitere Atomrümpfe entlang des Gitters.

Verformbarkeit: das Elektronengas hebt die Abstoßung der gleich geladenen Atomrümpfe auf, so dass sich diese ungehindert aneinander vorbei bewegen können.

2.2

Ableiten und Angeben

$Formula: \ce{Ag}: [\text{Kr}] \, 4\text{d}^{10}5\text{s}^1$ $Formula: \ce{Ag}: [\text{Kr}] \, 4\text{d}^{10}5\text{s}^1$

Ordnungszahl: Formula: 47 (Protonenzahl)

Formula: 5 .Periode: höchstbesetztes Energieniveau

Formula: 1 . Nebengruppe ( $Formula: 4\text{d}$ $Formula: 4\text{d}$ -Elektronen vorhanden, Außenelektron)

2.3

Beobachtungen

Weißer Niederschlag
Niederschlag löst sich auf
Gelblicher Niederschlag
Niederschlag löst sich auf
gelber Niederschlag

Erklärungen

zu 1.: $Formula: \ce{Ag+ + Cl- <=> AgCl v}$ $Formula: \ce{Ag+ + Cl- <=> AgCl v}$ Fällungsreaktion

zu 2.: $Formula: \ce{Ag+ + 2 NH3 <=> [Ag(NH3)2]+}$ $Formula: \ce{Ag+ + 2 NH3 <=> [Ag(NH3)2]+}$ Komplexreaktion, es bildet sich ein leicht löslicher Komplex

zu 3.: $Formula: \ce{Ag+ + Br- <=> AgBr v}$ $Formula: \ce{Ag+ + Br- <=> AgBr v}$ Fällungsreaktion

zu 4.: $Formula: \ce{Ag+ + 2 S2O3^2- <=> [Ag(S2O3)2]^3-}$ $Formula: \ce{Ag+ + 2 S2O3^2- <=> [Ag(S2O3)2]^3-}$ Komplexreaktion, es bildet sich ein leicht löslicher Komplex

zu 5.: $Formula: \ce{Ag+ + I- <=> AgI v}$ $Formula: \ce{Ag+ + I- <=> AgI v}$ Fällungsreaktion

2.4

Aufstellen, Angeben und Begründen

$Formula: \ce{Zn(s) + 2 Ag+(aq) -> Zn^2+(aq) + 2 Ag(s)}$ $Formula: \ce{Zn(s) + 2 Ag+(aq) -> Zn^2+(aq) + 2 Ag(s)}$

Reaktionsart: Redoxreaktion, weil Elektronen zwischen den reagierenden Teilchen ausgetauscht werden

Spontanität:

$Formula: E^0(\ce{Zn/Zn^2+}) = -0{,}76 \, \text{V} < E^0(\ce{Ag/Ag+}) = 0{,}8 \, \text{V}$ $Formula: E^0(\ce{Zn/Zn^2+}) = -0{,}76 \, \text{V} < E^0(\ce{Ag/Ag+}) = 0{,}8 \, \text{V}$

→ das Zinkatom gibt die Elektronen an das Silber-Ion ab, was dadurch reduziert wird

Berechnung

ges.: $Formula: m(\ce{Zn})$ $Formula: m(\ce{Zn})$ $Formula: \qquad\qquad\qquad\qquad$ $Formula: \qquad\qquad\qquad\qquad$ geg.: $Formula: V = 500 \, \text{L}$ $Formula: V = 500 \, \text{L}$

$Formula: \qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\quad$ $Formula: \qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad\quad$ $Formula: n(\ce{Ag+}) = 4{,}8 \, \text{g} \cdot \text{L}^{-1}$ $Formula: n(\ce{Ag+}) = 4{,}8 \, \text{g} \cdot \text{L}^{-1}$

Lösung:

$Formula: 500 \, \text{L}$ $Formula: 500 \, \text{L}$ mit $Formula: 4{,}8 \, \text{g} \cdot \text{L}^{-1} \rightarrow 2400 \, \text{g}$ $Formula: 4{,}8 \, \text{g} \cdot \text{L}^{-1} \rightarrow 2400 \, \text{g}$ in $Formula: 500 \, \text{L}$ $Formula: 500 \, \text{L}$
mit $Formula: n(\ce{Ag}) = m : M \rightarrow n = 22{,}24 \, \text{mol}$ $Formula: n(\ce{Ag}) = m : M \rightarrow n = 22{,}24 \, \text{mol}$
mit $Formula: n(\ce{Ag}) : n(\ce{Zn}) = 2:1$ $Formula: n(\ce{Ag}) : n(\ce{Zn}) = 2:1$ und $Formula: m(\ce{Zn}) = n \cdot M$ $Formula: m(\ce{Zn}) = n \cdot M$

$Formula: \underline{m(\ce{Zn}) \approx 727{,}4 \, \text{g}}$ $Formula: \underline{m(\ce{Zn}) \approx 727{,}4 \, \text{g}}$