LAF-Wiederholungsklausur. Sommersemester 2011

Transkript

1 LAF-Wiederholungsklausur Sommersemester 2011 Name/Vorname:... Matrikelnummer:... Geburtsdatum:... A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 x x Schreiben Sie bitte gut leserlich! Mit Bleistift geschriebene Teile werden nicht gewertet, ebenso unleserliche Teile! Schreiben Sie auf jedes Blatt Ihren Namen und Vornamen! Zusatzblätter können bei den Assistenten angefordert werden. Die Bewertung der einzelnen Aufgaben ist jeweils in Klammern angegeben. Insgesamt sind 100 Punkte erreichbar. Die Klausur gilt als bestanden, wenn wenigstens 50 Punkte erreicht werden. Das PSE ist als Hilfsmittel nicht erlaubt. Viel Erfolg beim Bearbeiten der Aufgaben!

2 Aufgabe 1 (10 Punkte) a) Skizzieren und beschriften Sie das Phasendiagramm für ein System mit den Komponenten A und B, wobei folgende Eckdaten gelten sollen: A und B bilden die Verbindung A2B, die einen Schmelzpunkt von 1000 K hat. A schmilzt bei 700 K, B schmilzt bei 900 K. Bei einem Molverhältnis A/B = 3 und 500 K wird ein Eutektikum beobachtet, ebenso bei einem Molverhältnis A/B = 1/3 und 600 K. [4] b) Nun erwärmen Sie ein Gemisch mit A/B = 1 langsam ausgehend von Raumtemperatur. Was liegt bei 550 K vor? Bei welcher Temperatur tritt die erste Schmelze auf? Welche Zusammensetzung hat die Schmelze und was liegt neben der Schmelze noch vor? [6] 2

3 Aufgabe 2 (12 Punkte) a) Molybdän kristallisiert kubisch-innenzentriert. Wie viele Molybdän-Atome enthält eine Elementarzelle? [1] b) Wie ändert sich das Translationsgitter, wenn die sich in der Mitte der Elementarzellen befindenden Mo-Atome durch Wolfram ersetzt werden? [2] c) Angenommen wir könnten genau einen Basisvektor der kubisch-innenzentrierten Mo- Zelle strecken, wobei die anderen beiden unverändert blieben: Welches Kristallsystem höchster Symmetrie wäre dann noch möglich? [3] d) Was unterscheidet ein Röntgenspektrum von Molybdän von einem Pulverdiagramm von Molybdän? Skizzieren und beschriften Sie beides. [6] 3

4 Aufgabe 3 (11 Punkte) a) Ordnen Sie die Halogene F2, Cl2, Br2 und I2 nach den Wellenzahlen ihrer Schwingungen (von niedriger zu hoher Wellenzahl). [2] b) Wie viele Schwingungsfreiheitsgrade weisen die dreiatomigen Spezies CO2 und SO2 auf? [2] c) Bestimmen Sie die Punktgruppe von SO2, benennen Sie die Schwingungen und leiten Sie deren Symmetrietyp ab. Beitrag pro Atom: E: 3; C2: 1; σ: 1; i: 3; C3: 0. [7] 4

5 Aufgabe 4 (8 Punkte) a) Bestimmen Sie den Grundterm für ein d 2 -Teilchen. [1] b) In wie viele Mikrozustände spaltet der Grundterm im Oktaederfeld auf? [1] c) Skizzieren Sie das Tanabe-Sugano-Diagramm für den d 2 -Fall. Multiplizität und Entartungsgrad reichen aus zur Bezeichnung der spektroskopischen Terme. Achtung: nicht alle Spaltterme lassen sich aus dem Grundterm ableiten! [6] 5

6 Aufgabe 5 (9 Punkte) Ein Gemisch aus den drei möglichen Isomeren von Trifluortrichlorbenzol ergibt das folgende 19 F-NMR-Spektrum. Ordnen Sie die beobachteten Signale den Fluoratomen in den drei Isomeren zu. Erklären Sie für jedes der drei Isomere die Aufspaltung der Signale sowie die Intensitätsverhältnisse. 6

7 Aufgabe 6 (10 Punkte) Sie sehen ein MO-Schema mit den besetzten Valenzorbitalen des ClF-Moleküls. Diese werden gebildet aus 3s und 3p des Chloratoms sowie 2s und 2p des Fluoratoms. Skizzieren Sie für jedes Niveau, welche Atomorbitale zum MO beitragen. Berücksichtigen Sie dabei die verschiedenen Elektronegativitäten von Cl und F, indem Sie einen größeren Beitrag zu einem MO durch ein größer gezeichnetes Atomorbital andeuten. (Eine Hilfe: wenn Sie das Schema nicht spontan überblicken, machen Sie sich die MO-Schemata der Valenzorbitale von F2 und Cl2 klar.) 10 E/eV

8 Aufgabe 7 (10 Punkte) a) Die folgenden Chromverbindungen sind farbig (grün bzw. gelb), die Ferrat-Ionen sind (fast) farblos, warum jeweils: Kalium-hexafluoridochromat(III), Ammoniumtetraoxidochromat(VI), Tetrachloridoferrat(II)-Ion, Tetrachloridoferrat(III)-Ion. [8] b) Welche Reaktion erwarten Sie beim Erhitzen von festem Ammoniumchlorid? [2] 8

9 Aufgabe 8 (15 Punkte) a) Kohlendioxid zeigt im Valenzschwingungsbereich eine starke, für den Treibhauseffekt verantwortliche IR-Absorption bei 2350 cm 1, während eine zweite Valenzschwingung, die ungefähr die Hälfte der Anregungsenergie aufweist, nicht IR-aktiv ist. Kohlenmonoxid zeigt erwartungsgemäß nur eine einzige (IR-aktive) Schwingung, und zwar bei 2143 cm 1. Erläutern Sie (ohne Symmetrieanalyse): Wie sieht die IRaktive CO2-Schwingung aus, wie die inaktive? Warum benötigt die IR-aktive CO2- Schwingung viel mehr Anregungsenergie als die inaktive? Warum ist die Anregungsenergie der IR-aktiven CO2-Schwingung größer als die der CO-Valenzschwingung, schließlich ist die C-O-Bindungsordnung in CO drei, in CO2 aber nur zwei. [9] b) Berechnen Sie die Standardreaktionsenthalpie des Boudouard-Gleichgewichts C + CO2 2 CO (Hf /kj mol 1 für: CO 110.6, CO ). Treffen Sie anhand der Gibbs-Helmholtz-Beziehung eine Aussage zur Temperaturabhängigkeit dieses Gleichgewichts. Stimmt die Aussage mit der Vorhersage nach dem Prinzip vom kleinsten Zwang überein? [6] 9

10 Aufgabe 9 (15 Punkte) a) Beschreiben Sie die Natriumchlorid-Struktur. [3] b) Bewerten Sie die folgenden Aussagen: In der NaCl-Struktur befinden sich die Natrium-Ionen in allen Oktaederlücken einer kubisch-dichtesten Kugelpackung der Chlorid-Ionen. In der NaCl-Struktur befinden sich die Chlorid-Ionen in allen Oktaederlücken einer kubisch-dichtesten Kugelpackung der Natrium-Ionen. [4] c) Wenn jedes Na + -Ion ein weiteres Elektron auf jedes Cl -Ion übertragen würde, wäre die NaCl-Struktur gemäß Na 2+ Cl 2 aufgebaut. Die Gitterenergie wäre in diesem Fall etwa viermal so groß wie bei Na + Cl. Wieso gibt es diese Struktur dann nicht? [4] d) Ersetzen Sie die Natrium- und Chlorid-Ionen der NaCl-Struktur durch eine einzige Atomsorte. Beschreiben Sie die erhaltene Struktur (Koordinationszahl, Elementarzelle, Beziehung zur NaCl-Elementarzelle). Gibt es diese Struktur in der Realität? Wenn ja, wo, wenn nein, warum nicht? [4] 10

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