Aufgaben: Temperaturänderung beim Lösen

Löst man Kaliumchlorid in Wasser, kühlt sich die Lösung ab. Löst man Calciumchlorid in Wasser, erwärmt sie sich.

1. a) Gib an, welcher Lösevorgang endotherm und welcher exotherm ist.
2. b) Nenne ein Alltagsprodukt, das den Lösevorgang eines Salzes zum Kühlen oder Wärmen nutzt.

Beim Lösen eines Salzes in Wasser wird das Ionengitter zerstört, und die Ionen werden von Wassermolekülen umgeben.

1. a) Benenne die beiden Teilschritte des Lösens.
2. b) Gib für jeden Teilschritt an, ob Energie aufgewendet oder freigesetzt wird.

Beschreibe in Worten den Aufbau eines Wassermoleküls $\text{H}_2\text{O}$ als Dipol und erkläre, wie sich Wassermoleküle um ein positives Natriumion $\text{Na}^+$ und um ein negatives Chloridion $\text{Cl}^-$ anordnen.

In einem Becherglas werden $100\ \text{g}$ Wasser mit einer Anfangstemperatur von $20{,}0\ ^\circ\text{C}$ vorgelegt. Nach dem Lösen von $10\ \text{g}$ Ammoniumnitrat sinkt die Temperatur auf $14{,}5\ ^\circ\text{C}$. Bei Natriumhydroxid steigt sie unter gleichen Bedingungen auf $31{,}0\ ^\circ\text{C}$.

1. a) Berechne jeweils die Temperaturänderung.
2. b) Ordne beiden Stoffen zu, ob der Lösevorgang endotherm oder exotherm ist.
3. c) Erkläre, welcher der beiden Stoffe sich für ein Kühlpack („Sofortkältepack“) eignet.

Für ein Salz gilt: Zur Zerstörung des Gitters werden pro Formeleinheit $780\ \text{kJ/mol}$ benötigt (Gitterenergie), bei der Hydratation der Ionen werden $\ 800\ \text{kJ/mol}$ frei.

1. a) Berechne die Lösungsenergie als Summe beider Beträge (Aufwand positiv, Freisetzung negativ).
2. b) Entscheide, ob die Lösung sich erwärmt oder abkühlt.
3. c) Wie ändert sich das Ergebnis, wenn die Hydratationsenergie nur $760\ \text{kJ/mol}$ beträgt?

Ein Wärmekissen enthält eine Lösung von Natriumacetat. Beim Kristallisieren wird Wärme frei.

1. a) Erkläre, warum das Auskristallisieren das Gegenteil des Lösevorgangs ist, und ordne den Wärmeaustausch zu.
2. b) Erkläre, weshalb man das Kissen nach Gebrauch in heißem Wasser erwärmt, um es wiederzuverwenden.

Bei einem Experiment werden $5{,}0\ \text{g}$ eines Salzes in $50{,}0\ \text{g}$ Wasser gelöst. Die Temperatur sinkt von $22{,}0\ ^\circ\text{C}$ auf $17{,}2\ ^\circ\text{C}$. Die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt $4{,}19\ \text{J/(g}\cdot\text{K)}$. Vernachlässige die Wärmekapazität des Salzes und des Gefäßes.

1. a) Berechne die vom Wasser abgegebene Wärme $Q = c \cdot m \cdot \Delta T$ in Joule.
2. b) Beurteile, ob der Lösevorgang endotherm oder exotherm ist, und vergleiche Gitterenergie und Hydratationsenergie betragsmäßig.
3. c) Nenne zwei Fehlerquellen des Versuchs, die das Ergebnis verfälschen.

Natriumchlorid löst sich in Wasser nahezu ohne Temperaturänderung, obwohl es ein stabiles Ionengitter besitzt.

1. a) Erkläre, wie das mit dem Verhältnis von Gitterenergie und Hydratationsenergie zusammenhängt.
2. b) Erkläre, warum sich NaCl trotzdem gut löst, obwohl das Gitter stabil ist (Hinweis auf die Unordnung bzw. die Bildung der Hydrathüllen).
3. c) Begründe, warum sich Natriumchlorid in Benzin nicht löst.

Eine Mitschülerin behauptet: „Salze mit sehr hoher Gitterenergie lösen sich immer schlecht in Wasser.“

1. a) Diskutiere die Aussage anhand von Gitterenergie und Hydratationsenergie.
2. b) Begründe, warum kleine, hochgeladene Ionen sowohl hohe Gitterenergie als auch hohe Hydratationsenergie haben.
3. c) Nenne ein Beispiel für ein schwer lösliches Salz (zum Beispiel Calciumcarbonat im Kalkstein) und erkläre, was dies für Kalkablagerungen im Wasserkocher bedeutet.