Читать книгу Physikalische Chemie - Peter W. Atkins - Страница 51

Atome

1 AG.1a Fassen Sie das Atommodell kurz zusammen.

2 AG.1b Definieren Sie die Begriffe Kernladungszahl, Nukleonenzahl und Massenzahl.

3 AG.2a Geben Sie die typische Elektronenkonfiguration des Grundzustands eines Elements (a) in Gruppe 2, (b) in Groppe 7 und (c) in Gruppe 15 des Periodensystems an.

4 AG.2b Geben Sie die typische Elektronenkonfiguration des Grundzustands eines Elements (a) in Gruppe 3, (b) in Gruppe 5 und (c) in Gruppe 13 des Periodensystems an.

5 AG.3a Wie lauten die Oxidationszahlen aller Elemente in (a) MgCl2, (b) FeO, (c) Hg2Cl2?

6 AG.3b Wie lauten die Oxidationszahlen aller Elemente in (a) CaH2, (b) CaC2, (c) LiN3.

7 AG.4a Wo befinden sich im Periodensystem die Metalle, wo die Nichtmetalle?

8 AG.4b Wo befinden sich im Periodensystem die Übergangsmetalle, die Lanthanoiden und die Actinoiden?

Moleküle

1 AG.5a Was bedeuten die Begriffe Einfach- und Mehrfachbindung?

2 AG.5b Geben Sie Moleküle mit (a) einem, (b) zwei und (c) drei freien Elektronenpaaren am Zentralatom an.

3 AG.6a Zeichnen Sie die Lewisstrukturen von (a) , (b) XeF4, (c) P4.

4 AG.6b Zeichnen Sie die Lewisstrukturen von (a) O3, (b) , and (c) .

5 AG.7a Fassen Sie die grundlegenden Konzepte der VSEPR-Theorie der Molekülstruktur zusammen.

6 AG.7b Geben Sie vier hypervalente Verbindungen an.

7 AG.8a Schlagen Sie mithilfe der VSEPR-Theorie Strukturen für (a) PCl3 , (b) PCl5 , (c) XeF2 und (d) XeF4 vor.

8 AG.8b Schlagen Sie mithilfe der VSEPR-Theorie Strukturen für (a) H2O2, (b) , (c) KrF2 und (d) vor.

9 AG.9a Bestimmen Sie die Polaritäten (indem Sie Partialladungen δ+ und δ– verteilen) der Bindungen (a) C–Cl, (b) P–H und (c) N–O.

10 AG.9b Bestimmen Sie die Polaritäten (indem Sie Partialladungen δ+ und δ– verteilen) der Bindungen (a) C–H, (b) P–S und (c) N–Cl.

11 AG.10a Sind die folgenden Moleküle Ihrer Meinung nach polar oder unpolar: (a) CO2 , (b) SO2 , (c) N2 O und (d) SF4.

12 AG.10b Sind die folgenden Moleküle Ihrer Meinung nach polar oder unpolar: (a) O3 , (b) XeF2, (c) NO2 und (d) C6H14.

13 AG.11a Ordnen Sie die Moleküle aus Aufgabe AG.10a nach steigendem Dipolmoment.

14 AG.11b Ordnen Sie die Moleküle aus Aufgabe AG.10b nach steigendem Dipolmoment.

Makroskopische Materie

1 AG.12a Vergleichen Sie die Eigenschaften des festen, flüssigen und gasförmigen Aggregatzustands und stellen Sie sie einander gegenüber.

2 AG.12b Vergleichen Sie die Eigenschaften von kondensierten und gasförmigen Phasen und stellen Sie sie einander gegenüber.

3 AG.13a Welche der folgenden Eigenschaften sind extensiv, welche intensiv: (a) Masse, (b) Massendichte, (c) Temperatur und (d) Zahlendichte.

4 AG.13b Welche der folgenden Eigenschaften sind extensiv, welche intensiv: (a) Druck, (b) spezifische Wärmekapazität, (c) Gewicht und (d) Molalität.

5 AG.14a Berechnen Sie (a) die Stoffmenge von C2H5OH (in mol) und (b) die Zahl von Molekülen in 25.0 g Ethanol.

6 AG.14b Berechnen Sie (a) die Stoffmenge von C6H12O6 (in mol) und (b) die Zahl von Molekülen in 5.0 g Glucose.

7 AG.15a Drücken Sie einen Druck von 1.45 atm in (a) Pascal und (b) bar aus.

8 AG.15b Drücken Sie einen Druck von 222 atm in (a) Pascal und (b) bar aus.

9 AG.16a Drücken Sie die Bluttemperatur (37.0 °C) auf der Kelvinskala aus.

10 AG.16b Drücken Sie den Siedepunkt von Sauerstoff (90.18 K) auf der Celsiussskala aus.

11 AG.17a Gleichung (G-2) gibt eine Beziehung zwischen der Kelvin- und der Celsiusskala an. Leiten Sie die entsprechende Beziehung zwischen der Fahrenheit- und der Celsiusskala her und rechnen Sie mit ihrer Hilfe den Siedepunkt von Ethanol (78.5 °C) in Grad Fahrenheit um.

12 AG.17b Die Rankineskala ist eine Variante der thermodynamischen Temperaturskala, in der die Gradeinteilung (ı R) gleich groß ist wie Grad Fahrenheit (ı F). Leiten Sie eine Beziehung zwischen der Rankine- und der Kelvinskala her und geben Sie den Gefrierpunkt von Wasser in Grad Rankine an.

13 AG.18a Eine Probe Wasserstoffgas hat bei einer Temperatur von 20.0 °C einen Druck von 110 kPa. Welchen Druck hat die Probe bei 7.0 °C?

14 AG.18b Eine Probe von 325 mg Neon nimmt bei 20.0 °C ein Volumen von 2.00 dm3 ein. Berechnen Sie mithilfe der Zustandsgleichung des idealen Gases den Druck des Gases.

Energie

1 AG.19a Definieren Sie Energie und Arbeit.

2 AG.19b Erklären und unterscheiden Sie die Begriffe kinetische und potenzielle Energie.

3 AG.20a Betrachten Sie einen Bereich der Atmosphäre mit einem Volumen von 25 dm3, der bei 20 °C etwa 1.0 mol Moleküle enthält. Nehmen Sie eine mittlere Molmasse der Moleküle von 29 g mol–1 und eine mittlere Geschwindigkeit von etwa 400 m s–1 an und bestimmen Sie die in diesem Luftvolumen als kinetische Energie der Moleküle gespeicherte Energie.

4 AG.20b Berechnen Sie die Energie, die ein Vogel mit der Masse 25 g mindestens aufwenden muss, um in eine Höhe von 50 m aufzusteigen.

5 AG.21a Die potenzielle Energie einer Ladung Q1 in Anwesenheit einer zweiten Ladung Q2 kann durch das Coulombpotenzial φ ausgedrückt werden:Die Einheit des Potenzials ist Joule pro Coulomb (J C–1), sodass sich nach Multiplikation mit einer Ladung in Coulomb das Resultat in Joule ergibt. Die Kombination Joule pro Coulomb kommt häufig vor und wird als Volt (V) bezeichnet; es gilt 1 V = 1 J C–1. Berechnen Sie das Coulombpotenzial aufgrund der Kerne an einem Punkt in einem LiH-Molekül, der 200 pm vom Li-Kern und 150 pm vom H-Kern entfernt ist.

6 AG.21b Tragen Sie das Coulombpotenzial aufgrund der Kerne in einem Na+Cl–-Ionenpaar für Punkte in gleicher Entfernung von beiden Kernen (die einen Abstand von 283 pm voneinander haben) auf, indem Sie sich dem Molekül aus dem Unendlichen nähern und im Mittelpunkt des Moleküls enden.

Die Beziehung zwischen molekularen und makroskopischen Eigenschaften

1 AG.22a Was bedeutet die Quantisierung der Energie?

2 AG.22b Unter welchen Umständen ist die Wirkung der Quantisierung in mikroskopischen Systemen am wichtigsten?

3 AG.23a Die Einheit Elektronenvolt (1 eV) ist als die Energie definiert, die ein Elektron aufnimmt, wenn es eine Potenzialdifferenz von 1 V durchläuft. Nehmen Sie an, dass sich die Energien zweier Zustände um 1.0 eV unterscheiden. Wie groß ist das Verhältnis ihrer Besetzungszahlen bei (a) 300 K und (b) 3000 K?

4 AG.23b Was können Sie über die Populationen zweier Zustände, deren Energien sich um 1.0 eV unterscheiden, bei T = 0 und bei unendlicher Temperatur aussagen?

5 AG.24a Welche Annahmen macht die kinetische Gastheorie? AG.24b Welche grundlegenden Eigenschaften hat die Maxwell-Geschwindigkeitsverteilung?

6 AG.25a Warum sind wohl die meisten Moleküle bei Zimmertemperatur für lange Zeit stabil?

7 AG.25b Warum nehmen die Geschwindigkeiten von chemischen Reaktionen in der Regel mit steigender Temperatur zu?

8 AG.26a Berechnen Sie das Verhältnis der mittleren Geschwindigkeiten von N2-Molekülen in Luft bei 0 und 40 °C.

9 AG.26b Berechnen Sie das Verhältnis der mittleren Geschwindigkeiten von CO2-Molekülen in Luft bei 20 und 30 °C.

10 AG.27a Berechne Sie mithilfe des Gleichverteilungssatzes den Beitrag der Translationsbewegung zur Gesamtenergie von 5.0 g Argon bei 25 °C.

11 AG.27b Berechne Sie mithilfe des Gleichverteilungssatzes den Beitrag der Translationsbewegung zur Gesamtenergie von 10.0 g Helium bei 30 °C.

12 AG.28a Berechne Sie mithilfe des Gleichverteilungssatzes den Beitrag der Translations- und Rotationsbewegung (nicht aber der Schwingung) zur Gesamtenergie von 10.0 g (a) Kohlendioxid und (b) Methan bei 20 °C.

13 AG.28b Berechne Sie mithilfe des Gleichverteilungssatzes den Beitrag der Schwingungen zur Gesamtenergie von 10.0 g Blei bei 20 °C.

Das elektromagnetische Feld

1 AG.29a Drücken Sie eine Wellenlänge von 230 nm als Frequenz aus.

2 AG.29b Drücken Sie eine Wellenlänge von 720 nm als Frequenz aus.

3 AG.30a Drücken Sie eine Frequenz von 560 THz als Wellenzahl aus.

4 AG.30b Drücken Sie eine Frequenz von 160 MHz als Wellenzahl aus.

5 AG.31a Eine Radiostation sendet bei einer Frequenz von 91.7 MHz. Wie groß sind (a) die Wellenlänge und (b) die Wellenzahl der Strahlung?

6 AG.31b Eine spektroskopische Methode verwendet Mikrowellenstrahlung mit einer Wellenlänge von 3.0 cm. Wie groß sind (a) die Wellenzahl und (b) die Frequenz der Strahlung?

Einheiten

1 AG.32a Drücken Sie ein Volumen von 1.45 cm3 in Kubikmetern aus.

2 AG.32b Drücken Sie ein Volumen von 1.45 dm3 in Kubikzentimetern aus.

3 AG.33a Drücken Sie eine Massendichte von 11.2 g cm–3 in Kilogram pro Kubikmeter aus.

4 AG.33b Drücken Sie eine Massendichte von 1.12 g dm–3 in Kilogram pro Kubikmeter aus.

5 AG.34a Drücken Sie Pascal pro Joule in SI-Basiseinheiten aus.

6 AG.34b Drücken Sie (Joule)2 pro (Newton)3 in SI-Basiseinheiten aus.

7 AG.35a Der Ausdruck kT/hc tritt in der Physikalischen Chemie häufig auf. Bestimmen Sie seinen Wert bei 298 K in reziproken Zentimetern (cm–1).

8 AG.35b Der Ausdruck kT/e tritt in der Physikalischen Chemie häufig auf. Bestimmen Sie seinen Wert bei 298 K in Millielektronenvolt (meV).

9 AG.36a Geben Sie R = 8.3144 J K–1 mol–1 in Kubikdezimeter mal Atmosphäre pro Kelvin pro Mol an.

10 AG.36b Geben Sie R = 8.3144 J K–1 mol–1 in Pascal mal Kubikzentimeter pro Kelvin pro Molekül an.

11 AG.37a Rechnen Sie 1 dm3 atm in Joule um.

12 AG.37b Rechnen Sie 1 J in Liter mal Atmosphäre um.

13 AG.38a Bestimmen Sie die SI-Einheit von e2/ε0 r2. Drücken Sie sie (a) in SI-Basiseinheiten und (b) in einer Einheit aus, die Newton enthält.

14 AG.38b Bestimmen Sie die SI-Einheit von , wobei μB das bohrsche Magneton ist und μ0 die Vakuumpermeabilität (vordere innere Umschlagseite). Drücken Sie sie (a) in SI-Basiseinheiten und (b) in einer Einheit aus, die Joule enthält.