## 579 **D) $CH_4$ (Methan)** Methan ($CH_4$) ist die einzige Verbindung in der Auswahl, die keine sauren Eigenschaften zeigt, da es ein unpolares Molekül ist und keine Protonen ($H^+$) abgeben kann. Die C-H-Bindungen sind kovalent und sehr stabil. Alle anderen Optionen sind saure Spezies: $NH_4^+$ ist eine Säure nach Brønsted, die ein Proton abgeben kann, $H_2S$ und HBr sind klassische Protonendonatoren (Säuren), wobei HBr eine starke und $H_2S$ eine schwache Säure ist. Auch HCl ist eine starke Säure, die in wässriger Lösung vollständig in $H^+$ und $Cl^-$ dissoziiert. ## 580 **C) 1., 2. und 3. sind richtig.** Kohlenstoff ist tatsächlich die Grundlage aller organischen Verbindungen (1), was ihn für die Biochemie so wichtig macht. Bei unvollständiger Verbrennung von Kohlenstoff entsteht Kohlenmonoxid (CO) statt Kohlendioxid (CO₂) (2), was auch die Gefahr bei schlecht belüfteten Feuerstellen erklärt. Diamant und Graphit sind verschiedene Modifikationen (Allotrope) des elementaren Kohlenstoffs (3), die sich in ihrer Kristallstruktur unterscheiden. Aussage 4 ist jedoch falsch, da Kohlenstoff in der Natur in drei natürlichen Isotopen vorkommt: Den stabilen Isotopen ¹²C (98,9%), ¹³C (1,1%) und dem radioaktiven Isotop ¹⁴C, das für die Radiokarbondatierung wichtig ist. ## 581 **B) Sauerstoff kommt zu etwa 78% in der Luft vor.** Diese Aussage ist falsch, da Stickstoff ($N_2$) mit etwa 78% den Hauptbestandteil der Luft ausmacht, während Sauerstoff ($O_2$) nur etwa 21% der Luft ausmacht. Die anderen Aussagen sind korrekt: Sauerstoff gehört als Element der 6. Hauptgruppe (Chalkogene) an, besitzt 8 Protonen im Kern (Ordnungszahl 8), ist ein starkes Oxidationsmittel und spielt eine zentrale Rolle bei Verbrennungsreaktionen, bei denen Stoffe mit Sauerstoff unter Energiefreisetzung reagieren. ## 582 **B) 1., 2. und 3. sind richtig.** Sauerstoff kommt in der Natur tatsächlich als zweiatomiges Molekül mit der Formel $O_2$ vor, was Aussage 1 korrekt macht. Aussage 2 stimmt ebenfalls, denn Ozon ($O_3$) ist eine allotrope Modifikation des Sauerstoffs - das bedeutet, es besteht aus demselben Element, hat aber eine andere Molekülstruktur und damit andere Eigenschaften. Bei der Fotosynthese wird Kohlendioxid und Wasser unter Lichteinwirkung zu Glucose und Sauerstoff umgewandelt, wodurch Aussage 3 auch richtig ist. Aussage 4 ist jedoch falsch, denn der Hauptbestandteil der Luft ist mit etwa 78% Stickstoff ($N_2$), während Sauerstoff nur etwa 21% ausmacht. ## 583 **C) Carbonate** Die Salze der Kohlensäure ($H_2CO_3$) werden als Carbonate bezeichnet. Sie entstehen, wenn beide $H^+$-Ionen der Kohlensäure durch Metallionen ersetzt werden, wie zum Beispiel bei Calciumcarbonat ($CaCO_3$) oder Natriumcarbonat ($Na_2CO_3$). Acetate sind hingegen Salze der Essigsäure ($CH_3COOH$), Silikate sind Salze der Kieselsäure ($H_2SiO_3$), Carbamate leiten sich von der Carbaminsäure ($NH_2COOH$) ab und Kohlenhydrate sind eine völlig andere Stoffklasse, nämlich organische Verbindungen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff mit der allgemeinen Formel $C_n(H_2O)_m$. ## 584 **E) $CO_2$ und $H_2O$** Bei der vollständigen Verbrennung von Methan ($CH_4$) reagiert der Kohlenwasserstoff mit Sauerstoff ($O_2$) aus der Luft zu Kohlenstoffdioxid ($CO_2$) und Wasser ($H_2O$). Die Reaktionsgleichung lautet: $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$ Charakteristisch für eine vollständige Verbrennung ist, dass der gesamte Kohlenstoff zu $CO_2$ oxidiert wird. Die anderen Optionen sind falsch, da bei einer vollständigen Verbrennung weder Kohlenmonoxid ($CO$) noch elementarer Kohlenstoff ($C$) oder Wasserstoff ($H_2$) entstehen - diese Produkte würden nur bei einer unvollständigen Verbrennung oder anderen Reaktionstypen auftreten. ## 585 **D) 2. ist richtig.** Wasserstoff ist tatsächlich eines der wichtigsten Elemente in biologischen Verbindungen (2. ist korrekt). Die anderen Aussagen sind falsch: Es gibt drei natürliche Isotope von Wasserstoff (Protium, Deuterium, Tritium), nicht nur eines (1. falsch). Wasserstoff ist mit einer Dichte von 0,09 $\text{g}/\text{L}$ deutlich leichter als Luft (1,29 $\text{g}/\text{L}$), nicht schwerer (3. falsch). Als kleinstes Element ist Wasserstoff hochreaktiv und geht leicht Verbindungen ein, besonders mit Sauerstoff - die Knallgasreaktion ist ein bekanntes Beispiel für seine hohe Reaktivität (4. falsch). ## 586 **C) Kohlensäure besitzt die Formel $H_2CO_3$** Kohlensäure ist eine zweiprotonige Säure mit der chemischen Formel $H_2CO_3$, die durch Lösen von Kohlenstoffdioxid ($CO_2$) in Wasser entsteht. Die anderen Optionen sind fachlich falsch: Nitrate sind die Salze der Salpetersäure (A), Kohlensäure ist bei Raumtemperatur eine instabile wässrige Lösung und kein Feststoff (B), sie zerfällt zu $H_2O$ und $CO_2$, nicht zu $CO$ (D), und sie ist eine schwache Säure, die nur teilweise in Ionen dissoziiert (E). Die Instabilität der Kohlensäure erklärt auch das Entweichen von $CO_2$ aus kohlensäurehaltigen Getränken. ## 587 **A) Die Salze der Salpetrigen Säure heißen Nitrite.** Die Aussage über Nitrite ist korrekt. Nitrite sind die Salze der Salpetrigen Säure ($HNO_2$). Die anderen Optionen enthalten grundlegende Fehler: Ammoniak ($NH_3$) ist nicht sauer, sondern basisch, da es Protonen aufnehmen kann. Die Luft enthält etwa 78% (nicht 20%) Stickstoff. Elementarer Stickstoff ($N_2$) ist wegen seiner stabilen Dreifachbindung sehr reaktionsträge, nicht reaktiv. $HNO_2$ ist die Formel der Salpetrigen Säure, während $HNO_3$ die Salpetersäure bezeichnet. Die systematische Namensgebung folgt dabei klaren Regeln: -it für Salze der Salpetrigen Säure, -at für Salze der Salpetersäure. ## 588 **C) Kohlenstoffdioxid und Wasser** Bei der vollständigen Verbrennung von Propan ($C_3H_8$) mit ausreichend Sauerstoff ($O_2$) entstehen ausschließlich Kohlenstoffdioxid ($CO_2$) und Wasser ($H_2O$). Die Reaktionsgleichung lautet: $C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$ Eine vollständige Verbrennung bedeutet, dass genügend Sauerstoff vorhanden ist, um alle Kohlenstoffatome zu $CO_2$ und alle Wasserstoffatome zu $H_2O$ zu oxidieren. Die anderen Optionen sind falsch, da bei einer vollständigen Verbrennung weder elementarer Kohlenstoff (A) noch das unvollständig oxidierte Kohlenstoffmonoxid (B, D) entstehen. Auch elementarer Wasserstoff (D, E) kann nicht entstehen, da dieser bei ausreichender Sauerstoffzufuhr immer zu Wasser oxidiert wird. ## 589 **A) 36 g (R)** Um die maximale Wassermenge zu berechnen, müssen wir den limitierenden Reaktanden bestimmen. Aus der Reaktionsgleichung $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$ sehen wir, dass 2 mol $H_2$ mit 1 mol $O_2$ reagieren. 15g $H_2$ entsprechen 7,5 mol (15g ÷ 2g/mol), und 32g $O_2$ entsprechen 1 mol (32g ÷ 32g/mol). Da für 1 mol $O_2$ genau 2 mol $H_2$ benötigt werden, ist hier $O_2$ der limitierende Reaktand. Aus 1 mol $O_2$ entstehen 2 mol $H_2O$, also 36g Wasser (2 mol × 18g/mol). Die überschüssigen 5,5 mol $H_2$ bleiben ungenutzt. ## 590 **D) $\text{Cl}_2$** Chlor ($\text{Cl}_2$) ist ein Halogen, das in der Natur als zweiatomiges Molekül vorkommt. Die Halogene (Gruppe 17 im Periodensystem) wie Fluor, Chlor, Brom und Iod bilden typischerweise $\text{X}_2$-Moleküle, da sie durch Teilen eines Elektronenpaars eine stabile Oktettkonfiguration erreichen. Helium (A) ist ein Edelgas und kommt als einzelnes Atom vor. Stickstoff (B) ist zwar auch zweiatomig, gehört aber zur Stickstoffgruppe, nicht zu den Halogenen. Ozon (C) ist eine reaktive Form des Sauerstoffs mit drei Atomen und kein Halogen. Schwefel (E) bildet typischerweise ringförmige $\text{S}_8$-Moleküle und gehört zur Chalkogengruppe. ## 591 **B) Wasserstoff nimmt bei der Knallgasexplosion Elektronen auf.** Bei der Knallgasreaktion ($2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$) ist diese Aussage falsch, denn Wasserstoff gibt Elektronen ab (wird oxidiert) und fungiert als Reduktionsmittel. Der Sauerstoff hingegen nimmt die Elektronen auf (wird reduziert) und ist das Oxidationsmittel. Dies erkennt man an den Oxidationszahlen: Wasserstoff ändert seine Oxidationszahl von 0 auf +1, während sich die des Sauerstoffs von 0 auf -2 ändert. Die anderen Antwortoptionen sind korrekt: Sauerstoff wird reduziert (A), oxidiert den Wasserstoff (C), Wasserstoff ist das Reduktionsmittel (D) und Sauerstoff nimmt Elektronen auf (E). ## 592 **A) Der Massenanteil von Wasserstoff in $H_2O$ beträgt 11,1%.** Die Berechnung des Massenanteils von Wasserstoff in Wasser erfolgt über die molaren Massen: Wasser ($H_2O$) hat eine Gesamtmasse von 18 g/mol (2 × 1 g/mol für H + 16 g/mol für O). Der Wasserstoffanteil beträgt 2 g/mol, was einem Massenanteil von 2/18 = 11,1% entspricht. Die anderen Optionen enthalten verschiedene Fehler: Bei B stimmen die Massenverhältnisse nicht mit der Stöchiometrie überein. C ist falsch, da das Verhältnis $H_2$:$O_2$ bei der Wasserzerlegung 2:1 beträgt ($2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2$). D und E sind chemisch falsch, da die Reaktionsgleichungen nicht ausgeglichen sind und bei E sogar doppelt so viel Sauerstoff entstehen würde wie möglich. ## 593 **D) Metalloxide reagieren in wässriger Lösung basisch.** Metalloxide sind typische basische Oxide, die in Wasser unter Bildung von Hydroxidionen ($OH^-$) reagieren. Zum Beispiel bildet Calciumoxid (CaO) mit Wasser Calciumhydroxid (Ca(OH)$_2$), eine starke Base. Die anderen Optionen sind falsch: Sauerstoff wird bei der Atmung nicht oxidiert, sondern ist selbst das Oxidationsmittel (A). Sauerstoff hat 2, nicht 4 ungepaarte Elektronen (B). Ozon ist ein starkes Oxidations-, kein Reduktionsmittel (C). Sauerstoff besitzt 6, nicht 5 Valenzelektronen (E). ## 594 **C) Sulfate finden als Tenside in Waschmitteln Anwendung.** Sulfate sind tatsächlich wichtige Bestandteile vieler Waschmittel, wo sie als anionische Tenside fungieren. Ein bekanntes Beispiel ist Natriumlaurylsulfat. Die anderen Optionen enthalten Fehler: Salze der Schwefligen Säure heißen Sulfite, nicht Sulfide (A); Schwefel steht in der 6. Hauptgruppe, Stickstoff in der 5. (B); Hydrogensulfat ist die konjugierte Base, nicht Säure, von $H_2SO_4$ (D); und von den genannten Aminosäuren enthält nur Methionin Schwefel, nicht aber Tyrosin (E). Tyrosin besitzt stattdessen eine phenolische OH-Gruppe in seiner Seitenkette. ## 595 **C) 2., 3. und 4. sind richtig.** Chlor ist ein wichtiges chemisches Element, dessen Eigenschaften hier korrekt beschrieben werden: Es besitzt tatsächlich zwei stabile Isotope ($^{35}Cl$ und $^{37}Cl$) und ist in elementarer Form ein gelbgrünes, giftiges Gas. Die angegebenen Oxidationszahlen (+1, +3, +5, +7, 0, -1) sind ebenfalls korrekt und zeigen die vielfältigen Verbindungsmöglichkeiten von Chlor. Aussage 1 ist hingegen falsch, da Chlor als $Cl^-$-Ion ein wesentlicher Bestandteil von Natriumchlorid (NaCl) ist - ohne Chlor gäbe es kein Kochsalz. Die Verbindung NaCl besteht aus $Na^+$- und $Cl^-$-Ionen im Verhältnis 1:1. ## 596 **C) Die katalytische Hydrierung ungesättigter Verbindungen.** Elementarer Wasserstoff ($H_2$) ist besonders für seine Fähigkeit bekannt, in Gegenwart von Katalysatoren (wie Platin oder Palladium) mit ungesättigten Verbindungen zu reagieren und dabei Doppel- oder Dreifachbindungen in Einfachbindungen umzuwandeln. Dies wird als katalytische Hydrierung bezeichnet. Die anderen Optionen beschreiben dagegen Reaktionen von Wasserstoff-Ionen ($H^+$) oder Wasser ($H_2O$): Hydrolyse (A) ist eine Reaktion mit Wasser, Wasserstoffbrückenbindungen (B) werden von polaren H-Atomen gebildet, Hydroxid-Ionen (D) entstehen durch Dissoziation von Wasser, und Autoprotolyse (E) ist die Selbstionisation von Wasser. ## 597 **D) Fluor (F)** Fluor ist das Element mit der höchsten Elektronegativität (EN = 4,0) im gesamten Periodensystem. Dies liegt an seiner besonderen Stellung als kleinstes Halogen mit nur sieben Außenelektronen, die sehr stark weitere Elektronen anziehen. Sauerstoff (EN = 3,5) und Stickstoff haben zwar auch hohe Elektronegativitäten, erreichen aber nicht den Wert von Fluor. Die anderen genannten Elemente wie Wasserstoff (EN = 2,2), Phosphor (EN = 2,2) und Iod (EN = 2,7) liegen deutlich darunter, wobei Iod als schwerstes Halogen die geringste Elektronegativität in dieser Gruppe aufweist, da seine Außenelektronen weiter vom Kern entfernt sind. ## 598 **C) C Wassermoleküle bilden in flüssigem Wasser eine dynamische Netzwerkstruktur durch Wasserstoffbrückenbindungen, wie sie etwa in C dargestellt ist. Diese Struktur wird durch die polaren Eigenschaften des $H_2O$-Moleküls und die tetraedrische Grundstruktur bestimmt. Die anderen Optionen zeigen unrealistische Anordnungen. ## 599 **B) 1., 2. und 3. sind richtig.** Helium ist tatsächlich das leichteste Edelgas im Periodensystem. Es wird in der Magnetresonanztomographie (MRT) als Kühlmittel für die supraleitenden Magnete verwendet, da es auch bei extrem tiefen Temperaturen flüssig bleibt. Auf der Erde ist Helium relativ selten, da es als leichtes Gas in die obere Atmosphäre aufsteigt und ins Weltall entweicht - es wird hauptsächlich als Nebenprodukt der Erdgasförderung gewonnen. Aussage 4 ist falsch, denn als Edelgas ist Helium chemisch inert und geht unter Normalbedingungen keine Reaktionen mit anderen Elementen ein - das ist eine charakteristische Eigenschaft aller Edelgase aufgrund ihrer vollständig besetzten äußeren Elektronenschale. ## 600 **D) Halogene kommen in der Natur hauptsächlich als Reinelemente vor.** Diese Aussage ist falsch, da Halogene aufgrund ihrer hohen Reaktivität in der Natur fast ausschließlich in gebundener Form als Salze vorkommen. Fluor findet sich hauptsächlich in Mineralen wie Flussspat (CaF₂), Chlor in Kochsalz (NaCl), Brom in Meerwasser als Bromide und Iod in Algen als Iodide. Die anderen Aussagen sind korrekt: Halogene bilden tatsächlich zweiatomige Moleküle (F₂, Cl₂, Br₂, I₂), Fluor besitzt die höchste Elektronegativität aller Elemente, Chlor ist ein gelbgrünes Gas, das mit Natrium zu NaCl reagiert, und Halogene befinden sich in der 17. Gruppe (vorletzte Hauptgruppe) des Periodensystems. ## 601 **E) Calciumnitrat (Ca(NO₃)₂)** Calciumnitrat ist die einzige Verbindung in der Liste, die keinen Schwefel enthält. Seine chemische Formel Ca(NO₃)₂ besteht aus Calcium (Ca), Stickstoff (N) und Sauerstoff (O), aber keinem Schwefel (S). Alle anderen Optionen enthalten Schwefel: Pyrit (FeS₂) ist Eisendisulfid, Schwefeltrioxid (SO₃) und Natriumsulfit (Na₂SO₃) enthalten Schwefel in oxidierter Form als Teil von Schwefeloxiden bzw. Sulfiten, und Schwefelwasserstoff (H₂S) enthält Schwefel direkt gebunden an Wasserstoff. Schwefelverbindungen sind durch das Vorhandensein des Elements Schwefel in ihrer chemischen Struktur gekennzeichnet. ## 602 **C) Die Salze der Salpetersäure (HNO₃) werden als Nitrate bezeichnet.** Die Salze der Salpetersäure (HNO₃) werden tatsächlich als Nitrate bezeichnet, da bei der Reaktion mit Basen das Nitrat-Ion (NO₃⁻) erhalten bleibt. Die anderen Antwortoptionen enthalten Fehler: Ammoniak (NH₃) ist keine starke, sondern eine schwache Base in wässriger Lösung (A). Der Stickstoffanteil in der Atmosphäre beträgt etwa 78%, nicht 21% (B). Elementarer Stickstoff (N₂) ist aufgrund seiner stabilen Dreifachbindung sehr reaktionsträge, nicht reaktiv (D). Stickstoff kommt in der Natur hauptsächlich als zweiatomiges Molekül (N₂) vor, nicht als einatomiges Gas (E).