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Lernmaterialien für Chemie an der TU Dresden

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8. Volumenänderung bei Wechsel des Aggregatzustandes – Wasser
Warum unterscheiden sich die Volumina der verschiedenen Aggregatzustände? Beschreiben Sie die wichtigsten Charakteristika der drei Aggregatzustände!
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Charakteristika des flüssigen Aggregatzustands
Gegenseitige Verdrängung
Freie Beweglichkeit, geringe Anziehung
Geringer Abstand untereinander
Geringe Ordnung aber Nahordnung vorhanden

Charakteristika des festen Aggregatzustands
Sehr geringe Bewegung
Starke Anziehungskräfte untereinander
Starre Anordnung (Kristallgitter oder amorph)
Sehr geringer Abstand untereinander

Charakteristika des gasförmigen Aggregatzustands
Sehr starke Bewegung
Keine Anziehung
Großer Abstand
Ungeordnete Anordnung

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9. Herstellung von Trockeneis - Resublimation
Warum nimmt das Volumen gasförmiger Stoffe in der Kälte ab? Welche Aggregatzustandsänderung findet hier statt? Warum „dampfen“ die Partikel?
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(Re)-sublimation von CO2

Für CO2 gilt:
Bei atmosphärischen Bedingungen (1,013 bar) gibt es keine Übergänge von fest zu flüssig bzw. gasförmig zu flüssig.
Festes CO2 (Trockeneis) sublimiert bei Raumtemperatur zu gasförmigem CO2.
Kühlt man einen mit CO2-gefüllten Luftballon ab ( -79 °C) resublimiert das CO2 und wird zu Trockeneis. Das Volumen wird deutlich geringer.

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59. Nachweis der Glucose in Papier
Wie weißt man Glucose in Papier nach? Wozu werden die Papierschnipsel in Schwefelsäure gegeben?
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Einige Schnipsel Filtrierpapier und 72-prozentige Schwefelsäure werden in ein Becherglas gegeben. Nach 45 Minuten gibt man Wasser hinzu und erhitzt es einige Minuten bis zum sieden. Nach dem abkühlen mit Natronlauge basisch gemacht. Anschließend wird ein Teil des Gemisches in ein Reagenzglas überführt und Fehlingsche Lösung dazu gegeben und langsam erwärmt.
Cellulose = Polymer aus ß-D-Glucopyranoseeinheiten
Ist Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände und das häufigste Polysaccharid in der Natur
—> Weil Säurezugabe werden glycosidische Bindungen gespalten —> entstehen von Monomeren
—> Bildung der Kettenform der Monomere
—> Reduktion von Kupfer 2 zu Kupfer 1
—> Nachweis, dass Cellulose aus Aldosemonomeren besteht


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51. Verseifung von Ethylacetat
Was ist eine Verseifung? Welche Reaktionsprodukte entstehen hier?
Lösung anzeigen
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Verseifung —> Hydrolyse im basischen Medium
Esterkönnen sauer und basisch hydrolysiert werden
Hydrolyse ist = Spaltungen Säure und Alkohol
sauer: reversibel, da Säure und Alkohol entstehen
basisch: irreversibel, da das Salz der Säure und Alkohol entstehen
Bsp: Aus Essigsäureethylester wird Acetat-Ion und Ethanol
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11. Schmelzen und Kristallisieren von Natriumacetattrihydrat
Was ist die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes? Erklären Sie am Beispiel des Schmelzens den Verlauf der Temperatur des Stoffes vor, während und nach der Aggregatzustandsänderung! Wofür kann man Schmelzprozesse nutzen?
Lösung anzeigen
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Spezifische Wärmekapazität = Fähigkeit eines Stoffes Wärme (thermische Energie) zu speichern
Als Wärmespeicher

1.) Schmelze von Natriumacetat-trihydrat:
Aggregatszustandsänderung von fest zu flüssig
Zuführen von Energie notwendig um Kristallgitter zu „brechen“
Während der Zustandsänderung: Keine Temperaturänderung

2.) Abkühlen der Schmelze (unterkühlte Schmelze)
Natriumacetat-trihydrat bleibt flüssig. Die Kristallisation ist bei Raumtemperatur gehemmt.

3.) Kristallisation - Wärmeabgabe
Beim Kristallisieren: Temperaturanstieg (exothermer Kristallisationsvorgang)
Neubildung eines Kristallgitters
Ionen sind weniger frei beweglich und energieärmer
Energieabgabe in Form von Wärmeenergie

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54. Dehydratation von Zucker
Erklären Sie die Reaktion bei der Dehydratation von Zucker!
Lösung anzeigen
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Konzentrierte Schwefelsäure entzieht Wasser aus Zucker
Hohe Mischungsenthalpie lässt Wasser verdampfen (Treibmittel)
Zurückbleiben von „Kohle“

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34. Elektrolyse
Was versteht man unter einer Elektrolyse? Beschreiben Sie die Prozesse an Anode und Katode!
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Elektrolyse ist die Zerlegung einer ionischen Verbindung durchelektrischen Strom

Ist eine Form der Redoxreaktion unter Beteiligung freie Elektronen

Einen Stromkreis unter Einschluss von Anode und Katode und de dazwischen befindlichem Elektrolyten
Der Elektrolyt enthält frei bewegliche Anionen und Kationen
Bei Stromfluss fungieren Anionen/Kationen als wandernde Ladungsträger im Elektrolyten und geben ihre Ladung an Anode/Katode ab
Der Antrieb: externe Spannung —> Elektrodenpotenziale + ohmsche Verluste
Verrichtung elektrische Arbeit —> Produkte energiereicher als Ausgangsstoffe
Anionen wandern zur Anode und werden dort zum Element oxidiert
Kationen wandern zur Katode und werden dort zum Element reduziert

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47. Oxidation von Glycerol zu Acrolein
Wie sind die systematischen Namen von Glycerol und Acrolein? Welcher Reaktionstyp liegt hier vor?
Lösung anzeigen
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Glycerol: HOCH2-CHOH-CH2OH Propantriol
Acrolein: CH2-CH-CHO Propenal

Oxidation von Glycerol zu Acrolein
—> Reaktionstyp = Dehydratisierung
Acrolein entsteht bei Überhitzung von Fetten
—> mit Wasser und Säure viel schneller
Fett wird verseift zu Fettsäuren und Glycerin
Glycerin wird zu Acrolein dehydratisiert —> Oxidation

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45. Reduzierende Eigenschaften von Aldehyden
Zu welcher Stoffgruppe gehört Formalin? Welche Eigenschaft dieser Stoffgruppe verursacht die Reaktion? Welche Reaktion findet statt?
Lösung anzeigen
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Formalin ist ein Formaldehyd. Wässrige Lösung von Methanal
Reduzierende Eigenschaften —> Methanal hat das C-Atom die OZ „0“
Aldehydgruppe wird durch Oxidationsmittel CU2+ zur Methansäure oxidiert, in der das C-Atom die OZ +2 hat.
2 Elektronen werden abgegeben, die das Oxidationsmittel zu Cu+ oder Cu reduzieren können
—> redoxreaktion
Als selektiver Nachweis für Aldehydgruppen
Kentone wirken nicht reduktiv 

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29. Oxidation 
Was ist eine Oxidation? Was ist ein Oxidationsmittel? Was ein Reduktionsmittel? Wie ändern sich die Oxidationszahlen des oxidierten Stoffes und des Oxidationsmittels?
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Ist eine chem. Reaktion, bei der die Oxidationszahl des betreffenden Reaktionspartners steigt, weil Elektronen abgegeben werden.
—> die Oxidationszahl erhöht sich

Ein Oxidationsmittel ist ein Stoff, der die Elektronen, die bei der Oxidation eines anderen Stoffels frei werden, aufnimmt. Seine Oxidationszahl nimmt damit ab.

Ein Reduktionsmittel reduziert seinen Reaktionspartner und gibt an diesen Elektronen ab. Dabei wird er selbst oxidiert. Seine Oxidationszahl steigt.

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13. Reaktionsenthalpie - Verbrennen eines Magnesiumspanes
Wie ist die Reaktionsenthalpie der Reaktion beim Verbrennen eines Magnesiumspanes? In welcher Form kann Energie abgegeben werden?
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Reaktionsenthalpie = Änderung der Enthalpie während einer Reaktion
Um zu erkennen ob die Reaktion exo- oder endotherm ist, betrachtet man die Bildungsenthalpien der beteiligten Stoffe vor und nach der Reaktion. Die notwendige Aktivierungsenergie (Brenner) ist kleiner als die abgegebene Energie. 
Die Reaktion der Magnesium-Oxidation ist stark exotherm !
—> in Form von Hitze oder starkes Leuchten abgegeben
Reaktion mit Wasser : es bilden sich Hydroxid-Ionen (OH-) —> basischer pH-Wert —> Indikator grün-blau
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21. Gleichgewicht NO2 – N2O4
Bei welchen Reaktionen kann Druck für die Beeinflussung des chemischen Gleichgewichtes genutzt werden? Auf welche Seite wird das Gleichgewicht verschoben, wenn der Druck erniedrigt wird?
Lösung anzeigen
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Bei Reaktionen an denen Gase beteiligt sind.
Erhöht man den Druck, weicht das System so aus, dass die volumenverkleinernde Reaktion gefördert wird und umgekehrt.

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Q:
8. Volumenänderung bei Wechsel des Aggregatzustandes – Wasser
Warum unterscheiden sich die Volumina der verschiedenen Aggregatzustände? Beschreiben Sie die wichtigsten Charakteristika der drei Aggregatzustände!
A:
Charakteristika des flüssigen Aggregatzustands
Gegenseitige Verdrängung
Freie Beweglichkeit, geringe Anziehung
Geringer Abstand untereinander
Geringe Ordnung aber Nahordnung vorhanden

Charakteristika des festen Aggregatzustands
Sehr geringe Bewegung
Starke Anziehungskräfte untereinander
Starre Anordnung (Kristallgitter oder amorph)
Sehr geringer Abstand untereinander

Charakteristika des gasförmigen Aggregatzustands
Sehr starke Bewegung
Keine Anziehung
Großer Abstand
Ungeordnete Anordnung

Q:
9. Herstellung von Trockeneis - Resublimation
Warum nimmt das Volumen gasförmiger Stoffe in der Kälte ab? Welche Aggregatzustandsänderung findet hier statt? Warum „dampfen“ die Partikel?
A:
(Re)-sublimation von CO2

Für CO2 gilt:
Bei atmosphärischen Bedingungen (1,013 bar) gibt es keine Übergänge von fest zu flüssig bzw. gasförmig zu flüssig.
Festes CO2 (Trockeneis) sublimiert bei Raumtemperatur zu gasförmigem CO2.
Kühlt man einen mit CO2-gefüllten Luftballon ab ( -79 °C) resublimiert das CO2 und wird zu Trockeneis. Das Volumen wird deutlich geringer.

Q:
59. Nachweis der Glucose in Papier
Wie weißt man Glucose in Papier nach? Wozu werden die Papierschnipsel in Schwefelsäure gegeben?
A:

Einige Schnipsel Filtrierpapier und 72-prozentige Schwefelsäure werden in ein Becherglas gegeben. Nach 45 Minuten gibt man Wasser hinzu und erhitzt es einige Minuten bis zum sieden. Nach dem abkühlen mit Natronlauge basisch gemacht. Anschließend wird ein Teil des Gemisches in ein Reagenzglas überführt und Fehlingsche Lösung dazu gegeben und langsam erwärmt.
Cellulose = Polymer aus ß-D-Glucopyranoseeinheiten
Ist Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände und das häufigste Polysaccharid in der Natur
—> Weil Säurezugabe werden glycosidische Bindungen gespalten —> entstehen von Monomeren
—> Bildung der Kettenform der Monomere
—> Reduktion von Kupfer 2 zu Kupfer 1
—> Nachweis, dass Cellulose aus Aldosemonomeren besteht


Q:
51. Verseifung von Ethylacetat
Was ist eine Verseifung? Welche Reaktionsprodukte entstehen hier?
A:
Verseifung —> Hydrolyse im basischen Medium
Esterkönnen sauer und basisch hydrolysiert werden
Hydrolyse ist = Spaltungen Säure und Alkohol
sauer: reversibel, da Säure und Alkohol entstehen
basisch: irreversibel, da das Salz der Säure und Alkohol entstehen
Bsp: Aus Essigsäureethylester wird Acetat-Ion und Ethanol
Q:
11. Schmelzen und Kristallisieren von Natriumacetattrihydrat
Was ist die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes? Erklären Sie am Beispiel des Schmelzens den Verlauf der Temperatur des Stoffes vor, während und nach der Aggregatzustandsänderung! Wofür kann man Schmelzprozesse nutzen?
A:

Spezifische Wärmekapazität = Fähigkeit eines Stoffes Wärme (thermische Energie) zu speichern
Als Wärmespeicher

1.) Schmelze von Natriumacetat-trihydrat:
Aggregatszustandsänderung von fest zu flüssig
Zuführen von Energie notwendig um Kristallgitter zu „brechen“
Während der Zustandsänderung: Keine Temperaturänderung

2.) Abkühlen der Schmelze (unterkühlte Schmelze)
Natriumacetat-trihydrat bleibt flüssig. Die Kristallisation ist bei Raumtemperatur gehemmt.

3.) Kristallisation - Wärmeabgabe
Beim Kristallisieren: Temperaturanstieg (exothermer Kristallisationsvorgang)
Neubildung eines Kristallgitters
Ionen sind weniger frei beweglich und energieärmer
Energieabgabe in Form von Wärmeenergie

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Q:
54. Dehydratation von Zucker
Erklären Sie die Reaktion bei der Dehydratation von Zucker!
A:

Konzentrierte Schwefelsäure entzieht Wasser aus Zucker
Hohe Mischungsenthalpie lässt Wasser verdampfen (Treibmittel)
Zurückbleiben von „Kohle“

Q:
34. Elektrolyse
Was versteht man unter einer Elektrolyse? Beschreiben Sie die Prozesse an Anode und Katode!
A:

Elektrolyse ist die Zerlegung einer ionischen Verbindung durchelektrischen Strom

Ist eine Form der Redoxreaktion unter Beteiligung freie Elektronen

Einen Stromkreis unter Einschluss von Anode und Katode und de dazwischen befindlichem Elektrolyten
Der Elektrolyt enthält frei bewegliche Anionen und Kationen
Bei Stromfluss fungieren Anionen/Kationen als wandernde Ladungsträger im Elektrolyten und geben ihre Ladung an Anode/Katode ab
Der Antrieb: externe Spannung —> Elektrodenpotenziale + ohmsche Verluste
Verrichtung elektrische Arbeit —> Produkte energiereicher als Ausgangsstoffe
Anionen wandern zur Anode und werden dort zum Element oxidiert
Kationen wandern zur Katode und werden dort zum Element reduziert

Q:
47. Oxidation von Glycerol zu Acrolein
Wie sind die systematischen Namen von Glycerol und Acrolein? Welcher Reaktionstyp liegt hier vor?
A:

Glycerol: HOCH2-CHOH-CH2OH Propantriol
Acrolein: CH2-CH-CHO Propenal

Oxidation von Glycerol zu Acrolein
—> Reaktionstyp = Dehydratisierung
Acrolein entsteht bei Überhitzung von Fetten
—> mit Wasser und Säure viel schneller
Fett wird verseift zu Fettsäuren und Glycerin
Glycerin wird zu Acrolein dehydratisiert —> Oxidation

Q:
45. Reduzierende Eigenschaften von Aldehyden
Zu welcher Stoffgruppe gehört Formalin? Welche Eigenschaft dieser Stoffgruppe verursacht die Reaktion? Welche Reaktion findet statt?
A:

Formalin ist ein Formaldehyd. Wässrige Lösung von Methanal
Reduzierende Eigenschaften —> Methanal hat das C-Atom die OZ „0“
Aldehydgruppe wird durch Oxidationsmittel CU2+ zur Methansäure oxidiert, in der das C-Atom die OZ +2 hat.
2 Elektronen werden abgegeben, die das Oxidationsmittel zu Cu+ oder Cu reduzieren können
—> redoxreaktion
Als selektiver Nachweis für Aldehydgruppen
Kentone wirken nicht reduktiv 

Q:
29. Oxidation 
Was ist eine Oxidation? Was ist ein Oxidationsmittel? Was ein Reduktionsmittel? Wie ändern sich die Oxidationszahlen des oxidierten Stoffes und des Oxidationsmittels?
A:

Ist eine chem. Reaktion, bei der die Oxidationszahl des betreffenden Reaktionspartners steigt, weil Elektronen abgegeben werden.
—> die Oxidationszahl erhöht sich

Ein Oxidationsmittel ist ein Stoff, der die Elektronen, die bei der Oxidation eines anderen Stoffels frei werden, aufnimmt. Seine Oxidationszahl nimmt damit ab.

Ein Reduktionsmittel reduziert seinen Reaktionspartner und gibt an diesen Elektronen ab. Dabei wird er selbst oxidiert. Seine Oxidationszahl steigt.

Q:
13. Reaktionsenthalpie - Verbrennen eines Magnesiumspanes
Wie ist die Reaktionsenthalpie der Reaktion beim Verbrennen eines Magnesiumspanes? In welcher Form kann Energie abgegeben werden?
A:
Reaktionsenthalpie = Änderung der Enthalpie während einer Reaktion
Um zu erkennen ob die Reaktion exo- oder endotherm ist, betrachtet man die Bildungsenthalpien der beteiligten Stoffe vor und nach der Reaktion. Die notwendige Aktivierungsenergie (Brenner) ist kleiner als die abgegebene Energie. 
Die Reaktion der Magnesium-Oxidation ist stark exotherm !
—> in Form von Hitze oder starkes Leuchten abgegeben
Reaktion mit Wasser : es bilden sich Hydroxid-Ionen (OH-) —> basischer pH-Wert —> Indikator grün-blau
Q:
21. Gleichgewicht NO2 – N2O4
Bei welchen Reaktionen kann Druck für die Beeinflussung des chemischen Gleichgewichtes genutzt werden? Auf welche Seite wird das Gleichgewicht verschoben, wenn der Druck erniedrigt wird?
A:

Bei Reaktionen an denen Gase beteiligt sind.
Erhöht man den Druck, weicht das System so aus, dass die volumenverkleinernde Reaktion gefördert wird und umgekehrt.

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