Übungen zu Ionenverbindungen: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 20. August 2018, 09:33 Uhr

Wo kommen Ionen vor?

Das erste Mal haben wir Ionen auf dem Etikett von Mineralwasser gesehen. Wie kommen eigentlich die Ionen ins Mineralwasser?

Bei Mineralwasser handelt es sich ja um eine Art Grundwasser, das natürlich auch mit Gestein in Kontakt gekommen ist. Da auch Gesteine nichts anderes sind als Vermischungen von Mineralien (= Salze bzw. salzartige Verbindungen), stammen die Ionen also aus den Salzen, die sich im Wasser gelöst haben. Hier mal einige (einfache) Salze. Die Namen sollten euch bekannt sein:

Allerdings sind nicht alle Verbindungen, die ihr schon kennengelernt habt, Salze. So ist Wasser keines. Man sollte sich merken:

Neben Ionen aus einzelnen Atomen gibt es auch Ionen, die aus mehreren Atomen zusammen gesetzt sind, wie auf dem Mineralwasseretikett das Sulfat- oder das Hydrogencarbonat-Ion. Es gibt auch das Ammonium-Ion NH₄⁺, dass statt eines Metall-Ions enthalten sein kann.

Zu den Salzen sollt ihr nun ein paar Aufgaben bearbeiten, die teilweise eine Wiederholung darstellen (wie die Namensgebung). Die Aufgaben werden durch Erläuterungen unterbrochen. Zu jeder (neuen) Aufgabe gibt es jeweils eine Erläuterung in Form von Text, einer Audio-Datei oder einem Film, in der ein bis zwei Beispiele ausführlich erläutert werden. Für die systematische Benennung der Verbindungen könnt ihr noch einmal auf der Seite Anwendung_der_Symbolschreibweise nachschauen.

Wiederholung: Verbindungen systematisch benennen

Aufgabe 1 Bestimme die Namen für die folgenden Verbindungen: Li2O, ZnCl2, N2O3, BeF2, Ga2S3, SnO2, AuI3 [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken] Dilithiumoxid, Zinkdichlorid, Distickstofftrioxid (kein Salz!!), Berylliumdifluorid, Digalliumtrisulfid, Zinndioxid, Goldtriiodid</small>

Aufgabe 2 Gebt die Summenformel für die Verbindungen mit den folgenden Namen an: Diarsenpentoxid, Magnesiumdibromid, Trikaliumnitrid, Tetraphosphordekaoxid, Natriumfluorid, Calciumsulfid. [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken] As2O5, MgBr2, K3N, P4O10 (kein Salz!!) , NaF, CaS

Dissoziationsgleichung bestimmen

Bisher war es so, dass ihr die Verbindungen vorgegeben bekommen habt. Entweder als Summen-Formel (also in Symbol-Schreibweise) oder über die systematische Benennung dieser Verbindung

Nun ist es so, dass es einen Zusammenhang gibt, zwischen der Formel eines Salzes und den Ionen, aus denen es besteht. Als Beispiel nehmen wir das Dilithiumoxid Li₂O.

• Welche Ionen bildet Lithium? [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken]
  Li⁺
• Welche Ionen bildet Sauerstoff? [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken]
  O^2-
• Dilithiumoxid enthält also zwei Li⁺-Ionen und ein O^2--Ion, als Dissoziationsgleichung geschrieben: Li₂O → 2 Li⁺ + O^2-

Und der Zusammenhang? Betrachtet man die Ladungen, so sieht man, dass sie zusammen Null ergeben, d.h. die Verbindung ist nach außen hin neutral: Zweimal die Ladung +1 und einmal die Ladung -2 ergibt die "Ladung" Null zusammen.

Eine Regel dazu:

Aufgabe 3 In einem Lückentext sollt ihr die Anzahl der vorgegebenen Ionen bestimmen, damit die Summe der Ladungen zusammen Null ergibt.

Weiteres Beispiel zum Hören K₂S ... allerdings wird da mit der Anzahl der Elektronen argumentiert. Über die Anzahl der Außenelektronen und die Oktettregel geht es eventuell schneller. Ein sehr ausführliches Video (knapp 15 min!) ist hier verfügbar.

Aufgabe 4 Erstellt zu den folgenden Verbindungen Dissoziationsgleichungen (dissoziieren = auseinander gehen) wie beim Dilithiumoxid Li2O → 2 Li+ + O2-. MgCl2, Al2S3, CaO, KI Tipps: Geht vor wie beim Beispiel Li2O: erst zu jedem Element das Ion bestimmen (Edelgas-/Oktettregel!!) und dann die Dissoziationsgleichung aufschreiben. [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken] MgCl2 enthält Mg2+- und Cl--Ionen; Al2S3 enthält Al3+ und S2--Ionen; CaO enthält Ca2+- und O2--Ionen; KI enthält K+ und I--Ionen. Kontrolliert ob die Summe der Ladungen aller Ionen zusammen Null ergibt. Dabei muss man auf die Ladung des einzelnen Ions achten ebenso wie auf die Anzahl, wie oft sie vorkommen. [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken] Ich gebe nicht die Dissoziationsgleichung direkt an sondern schreibe erst einmal auf, wie viel positive und negative Ladung s insgesamt gibt. Bei MgCl2 hat man jeweils zusammengerechnet die Ladung 2+/-, Al2S3 hat man jeweils die Ladung 6+/-, CaO hat man jeweils die Ladung 2+/-, KI hat man jeweils die Ladung 1+/-

Ladung von Nebengruppen-Ionen bestimmen

Bisher haben wir uns auf Verbindungen aus Elementen der Hauptgruppen beschränkt, denn nur da können wir (einigermaßen) verlässlich die Ionen-Ladung vorhersagen. Allerdings bilden auch die Nebengruppen-Elemente, alles Metalle, Verbindungen, in denen sie als Kationen vorkommen. Man kann zwar die Ladung nicht aus dem Periodensystem ableiten, aber aus den Formeln von salzartigen-Verbindungen.

Beispiel: Goldtrichlorid AuCl₃ besteht, dass kann man an der Formel erkennen, aus einem Gold-Ion und drei Chlor-Ionen. Von Chlor wissen wir inzwischen, dass es als Cl^--Ion vorkommt. Daraus ergibt sich die Ladung vom Gold-Ion, denn die Summe der Ladungen muss ja Null sein. Und das kann nur der Fall sein, wenn es Au³⁺-Ionen gibt. Also lautet die Dissoziationsgleichung: AuCl₃ → Au³⁺+ 3 Cl^-.

Aufgabe 4 Gib die Dissoziationsgleichung für die folgenden Verbindungen mit Nebengruppenmetallen an. Erklärtes Beispiel Fe2O3. CuCl2, ZnO2, Cr2O3, KMnO4 und für Spezialisten: Fe3O4 Hinweis: Bei einer Aufgabe kommen drei Arten von Elementen vor, von zwei Elementen kann die Ionenladung durch die Edelgasregel bestimmt werden und nur eines ist ein Nebengruppen-Element. Gehe ansonsten vor wie sonst. [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken] Cu2+, Zn4+, Cr3+, Mn7+ ... für das letzte Beispiel bitte mich fragen, da es komplizierter ist!'

Wenn die Ladung eines Ion nicht immer eindeutig ist (wie bei den Nebengruppenmetallen), schreibt man meist die Ladung des Metall-Ions als römische Ziffer in den Namen hinein, auch ohne den genauen Namen anzugeben. Beispiel: Blei(IV)oxid ist ein Pb⁴⁺-Oxid.

Bestimmung der Verhältnisformeln von Verbindungen

So wie bei den meisten Verbindungen die enthaltenen Ionen eindeutig bestimmbar sind, so lässt sich auch die Formel von vielen Verbindungen aufgrund der Ladung der Ionen bestimmen. Man braucht also teilweise die Formeln der Verbindungen nicht auswendig lernen, sondern kann sie aufgrund der Stellung im Periodensystem herleiten.

Beispiel: Gesucht ist die Verbindung aus Magnesium und Brom.

• Bestimme die Ladung des Magnesium-Ions: Mg → Mg²⁺
• Bestimme die Ladung des Brom-Ions (eigentlich Bromid-Ion): Br → Br^-
• Wieviele des eines Ions und wieviele des anderen Ions braucht man, um als Gesamtladung Null zu haben. Es kommen folgende Formeln in Frage: MgBr₂, Mg₂Br₄, Mg₃Br₆, usw. ...

Man sagt dann:

es wird also die einfachste Variante verwendet. Denn das Verhältnis von Mg- zu Br-Ionen beträgt 1 zu 2.

Noch zwei verschiedene Beispiele zum Hören: Welche Verhältnisformeln haben eine Verbindung aus Aluminium und Sauerstoff und Silicium und Sauerstoff.

Aufgabe 5 Das verlinkte GeoGebra-Aufgabenblatt kannst du nutzen, um den Weg zur Bestimmung der Formel einer Ionenverbindung öferts zu üben. Dazu musst du erst die Ladung der einzelnen Ionen bestimmen, dann die Verhältnisformel. ÜBUNG: Bestimmung der Namen und Formeln von Salzverbindungen

Aufgabe 6 Bestimme die Verhältnisformel einer Verbindung anhand der Elemente und deren Ionen. Calcium und Fluor, Rubidium und Schwefel, Aluminium und Brom, ... etwas schwieriger aber machbar: Silicium und Sauerstoff, Quecksilber(I)chlorid [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken] CaF2, Rb2S, AlBr3, SiO2, HgCl