Aufgabe 2 – Gebrauchsmetalle

2.1

Leite zwei Eigenschaften des Aluminiums mithilfe der Modellvorstellungen zum Bau der Stoffe ab.

4 BE

2.2

Aluminium reagiert mit Phosphorsäure.

Formuliere die Reaktionsgleichung und begründe die Reaktionsart.

3 BE

2.3

Aluminiumphosphat ist schwer löslich.

Berechne die Masse, die sich in 200 mL Wasser löst.

4 BE

2.4

Aluminiumverbindungen sind Bestandteil von Medikamenten gegen Sodbrennen. So enthält z. B. eine Tablette Maaloxan $Formula: 200\,\text{mg}$ $Formula: 200\,\text{mg}$ Aluminiumhydroxid.

Formuliere die Reaktionsgleichung für die im Magen ablaufende Reaktion.

Berechne das Volumen an Salzsäure ( $Formula: c = 1\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$ $Formula: c = 1\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$ ) im Magen, das durch eine Tablette neutralisiert wird.

3 BE

2.5

Aluminiumgrieß und festes Natriumhydroxid sind Bestandteile von Rohrreinigern. Die Reinigungswirkung beruht auf der Reaktion dieser Stoffe mit Wasser.

Es entstehen Tetrahydroxoaluminat-Ionen, Natrium-Ionen und Wasserstoff.

Formuliere die Reaktionsgleichung.

Erläutere den Aufbau des Komplex-Ions und beschreibe die chemische Bindung.

6 BE

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2.1

Ableiten

Bau des Metallkristalls und Metallbindung beschreiben, daraus die Eigenschaften ableiten, z.B.

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

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

Formulieren und Begründen

$Formula: \ce{2 \overset{\pm0}{Al} + 6 \overset{+1}{H3} \overset{-2}{O+} + 2 \overset{+5}{P} \overset{-2}{O4^{3-}} \rightleftharpoons 2 \overset{+3}{Al^3+} + 2 \overset{+5}{P} \overset{-2}{O4^{3-}} + 3 \overset{\pm0}{H2} + 6 \overset{+1}{H2} \overset{-2}{O}}$ $Formula: \ce{2 \overset{\pm0}{Al} + 6 \overset{+1}{H3} \overset{-2}{O+} + 2 \overset{+5}{P} \overset{-2}{O4^{3-}} \rightleftharpoons 2 \overset{+3}{Al^3+} + 2 \overset{+5}{P} \overset{-2}{O4^{3-}} + 3 \overset{\pm0}{H2} + 6 \overset{+1}{H2} \overset{-2}{O}}$

Es findet eine Redoxreaktion statt, da sich die Oxidationszahlen verändern.

2.3

Berechnen

$Formula: \ce{AlPO4 \rightleftharpoons Al^3+ + PO4^3-}$ $Formula: \ce{AlPO4 \rightleftharpoons Al^3+ + PO4^3-}$

$Formula: K_{\text{L}} = c_{\ce{Al^3+}} \cdot c_{\ce{PO4^3-}}$ $Formula: K_{\text{L}} = c_{\ce{Al^3+}} \cdot c_{\ce{PO4^3-}}$

$Formula: c(\ce{AlPO4}) = \sqrt{9{,}84 \cdot 10^{-21}\,\text{mol}^2\cdot\text{L}^{-2}} = 9{,}92 \cdot 10^{-11}\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$ $Formula: c(\ce{AlPO4}) = \sqrt{9{,}84 \cdot 10^{-21}\,\text{mol}^2\cdot\text{L}^{-2}} = 9{,}92 \cdot 10^{-11}\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$

$Formula: m(\ce{AlPO4}) = 9{,}92 \cdot 10^{-11}\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1} \cdot 0{,}2\,\text{L} \cdot 122\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1} = 2{,}42 \cdot 10^{-9}\,\text{g}$ $Formula: m(\ce{AlPO4}) = 9{,}92 \cdot 10^{-11}\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1} \cdot 0{,}2\,\text{L} \cdot 122\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1} = 2{,}42 \cdot 10^{-9}\,\text{g}$

Antwortsatz

2.4

Formulieren und Berechnen

$Formula: \ce{Al(OH)3 + 3HCl \rightleftharpoons AlCl3 + 3H2O}$ $Formula: \ce{Al(OH)3 + 3HCl \rightleftharpoons AlCl3 + 3H2O}$

$Formula: n_{\ce{Al(OH)3}} = 0{,}2\,\text{g} : 78\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1} = 2{,}56 \cdot 10^{-3}\,\text{mol}$ $Formula: n_{\ce{Al(OH)3}} = 0{,}2\,\text{g} : 78\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1} = 2{,}56 \cdot 10^{-3}\,\text{mol}$

$Formula: \hphantom{n_{\ce{Al(OH)3}} = \ } n_{\ce{HCl}} = 3 \cdot n_{\ce{Al(OH)3}} = 3 \cdot 2{,}56 \cdot 10^{-3}\,\text{mol} = 7{,}69 \cdot 10^{-3}\,\text{mol}$ $Formula: \hphantom{n_{\ce{Al(OH)3}} = \ } n_{\ce{HCl}} = 3 \cdot n_{\ce{Al(OH)3}} = 3 \cdot 2{,}56 \cdot 10^{-3}\,\text{mol} = 7{,}69 \cdot 10^{-3}\,\text{mol}$

$Formula: V = 7{,}69 \cdot 10^{-3}\,\text{mol} : 1\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1} = 7{,}69 \cdot 10^{-3}\,\text{L} = 7{,}69\,\text{mL}$ $Formula: V = 7{,}69 \cdot 10^{-3}\,\text{mol} : 1\,\text{mol}\cdot\text{L}^{-1} = 7{,}69 \cdot 10^{-3}\,\text{L} = 7{,}69\,\text{mL}$

Antwortsatz

2.5

Formulieren, Erläutern und Beschreiben

$Formula: \ce{2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2[Al(OH)4]- + 2Na+ + 3H2}$ $Formula: \ce{2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2[Al(OH)4]- + 2Na+ + 3H2}$

Komplexteilchen bestehen aus:

Zentralatom bzw. Zentral-Ion, hier $Formula: \ce{Al^3+}$ $Formula: \ce{Al^3+}$ ,

Liganden, hier $Formula: \ce{OH-}$ $Formula: \ce{OH-}$

Koordinationszahl (gibt an, wie viele Liganden gebunden werden können), hier Formula: 4 .

Chemische Struktur eines Aluminium-Komplexes mit vier Hydroxygruppen

Chemische Bindung:

koordinative Bindung

Ist eine Art der Elektronenpaarbindung, bei der ein Teilchen das bindende Elektronenpaar zur Verfügung stellt.

$Formula: \text{H}-\overline{\underline{\text{O}}|}^-$ $Formula: \text{H}-\overline{\underline{\text{O}}|}^-$ (Hydroxid-Ionen) stellen dem Aluminium-Ion ein nichtbindendes Elektronenpaar zur gemeinsamen Nutzung zur Verfügung. Das Aluminium-Ion erreicht somit die Edelgaskanfiguration von Argon.

( $Formula: 10\text{e}^- + 8\text{e}^- = 18\text{e}^-$ $Formula: 10\text{e}^- + 8\text{e}^- = 18\text{e}^-$ )

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