LAF-Klausur. Wintersemester 2011/12

Transkript

1 LAF-Klausur Wintersemester 2011/12 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 (11 Punkte) MgCu2 und Cu2Zn sind jeweils Substanzen, die aus zwei verschiedenen Metallen gebildet werden. Sie kristallisieren trotz der Analogie ihrer Summenformeln unterschiedlich. a) Welchen intermetallischen Phasen gehören die beiden Substanzen an? [2] b) Welche der beiden Verbindungen ist stöchiometrisch exakt, welche durch eine Phasenbreite gekennzeichnet? [2] c) Aus welchen Gründen kristallisieren die Verbindungen unterschiedlich? [2] d) Beschreiben Sie die Packung von Cu2Zn im Kristall. [3] e) Warum kristallisiert CuZn in einer anderen Packung als Cu2Zn? Nennen des entscheidenden Begriffs reicht zur Beantwortung aus. [2] 2

3 Aufgabe 2 (7 Punkte) BaTiO3 und BaCO3 kristallisieren trotz ähnlicher Summenformeln ganz unterschiedlich. a) Warum? Kurze Begründung reicht. [2] b) Welche(r) Strukturtyp(en) wären denn denkbar für BaCO3? [2] c) Wie nennt man den Strukturtyp von BaTiO3? [1] d) Die Struktur von BaTiO3 ist verzerrt. Wodurch und weshalb unterscheidet sich das Pulverdiffraktogramm von verzerrtem BaTiO3 von dem von (hypothetischem) unverzerrtem BaTiO3? [2] 3

4 Aufgabe 3 (10 Punkte) Die IR-Spektroskopie wird zur Charakterisierung von Carbonylkomplexen gerne herangezogen. a) Skizzieren Sie ganz grob, in welchem Wellenzahlenbereich Sie welche Art von Schwingung für den Komplex [Fe(CO)4Br2] erwarten. Begründen Sie stichwortartig Ihre Entscheidung. Berücksichtigen Sie Schwingungen mit Beteiligung von maximal drei Atomen. [4] b) Welche Isomere gibt es von [Fe(CO)4Br2]? Geben Sie jeweils die Punktgruppe dazu an. [3] c) Wie viele CO-Banden erwarten Sie im IR-Spektrum des Isomers, dessen Hauptachse die geringere Zähligkeit aufweist? [3] 4

5 Aufgabe 4 (12 Punkte) Fe3O4 kristallisiert im Spinelltyp. a) Es gibt zwei Typen von Spinellen. Wie nennt man die Typen? Beschreiben Sie, in welchen Lücken und in welcher Anzahl sich die Kationen welcher Ladung befinden (Summenformel mit Hinweis auf Art der Lücke reicht). [4] b) Leiten Sie ausschließlich mit Hilfe des Kristallfeldmodells ab, welcher Typ von Spinell für Fe3O4 der energetisch günstigere ist. [8] 5

6 Aufgabe 5 (10 Punkte) Ordnen Sie die rechts abgebildeten 1 H- NMR-Spektren a) d) den Ionen 15 NH4 + und 14 NH4 + bzw. den Verbindungen C6D6CHD2 und Na[BH4] zu. Geben Sie in jedem Fall an wie die beobachtete Signalmultiplizität zustande kommt. Hinweis: Überlegen Sie sich durch welche Beziehung die Zahl der Linien im Falle der Kopplung eines Kerns mit anderen magn. aktiven Kernen bestimmt wird. ( 15 N, I = ½; 14 N, I = 1; 2 H, I = 1; 11 B, I = 3/2, nat. Häufigkeit 80.42%; 10 B, I = 3, nat. Häufigkeit 19.58%). (10 Punkte). 6

7 Aufgabe 6 (14 Punkte) Das diamagnetische Salz K2[RuCl5(NO)] ist ein gerne benutztes Edukt für die Synthese von Ruthenium-Nitrosyl-Komplexen. (a) Benennen Sie das Komplex-Ion. [2] (b) Skizzieren Sie die energetische Aufspaltung der Ru-d-Orbitale; berücksichtigen Sie dabei, dass Chlorido-Liganden Schwachfeld-, der Nitrosyl-Ligand in der entlang der z-achse verlaufenden lineraren Ru-NO-Einheit aber ein Starkfeldligand ist. [3] (c) Skizzieren Sie das Ru-d(xy)-Orbital und ergänzen Sie die symmetrieerlaubten antibindenden π-wechselwirkungen, die hier in Frage kommen. [3] (d) Warum tragen eigentlich Chlorid und Nitrosyl so unterschiedlich zur Kristallfeldaufspaltung bei? [2] (e) Bestimmen Sie die Punktgruppe des Komplex-Ions. Ist das Ion chiral? [2] (f) Stimmt die folgende Behauptung? Die N-O-Valenzschwingung gehört zur höchstsymmetrischen Rasse der Punktgruppe (die, wo alle Charaktere 1 sind). Ist die Schwingung IR-aktiv? [2] 7

8 Aufgabe 7 (6 Punkte) (a) Welche Struktur erwarten Sie für das ClF4 -Ion? [2] (b) Bestimmen Sie auch hier die Punktgruppe. [2] (c) Bestimmen Sie die Bindungsordnung eines einzelnen Cl-F-Kontakts. [2] 8

9 Aufgabe 8 (12 Punkte) Vergleichen Sie die folgenden Moleküle: BF3, PF3, ClF3. (a) Skizzieren Sie den Aufbau der Moleküle. [3] (b) Zeichnen Sie für jedes Molekül eine der Lewis-Formeln, bei denen die Oktettregel eingehalten wird. [3] (c) Geben Sie die jeweiligen Bindungsordnungen an. Geben Sie an, ob einzelne Bindungen kürzer oder länger als andere sind. [6] 9

10 Aufgabe 9 (18 Punkte) (a) Wie könnten Sie mit Schulmitteln zeigen, dass Wasser die Formel H2O hat und nicht zum Beispiel H3O oder H4O2? Sollten Sie bei Ihren Überlegungen in Betracht ziehen, Wasser in die Elemente zu zerlegen, geben Sie auch an, wie Sie zeigen können, das Wasserstoff und Sauerstoff H2 und O2 sind und nicht etwa H, H3, H4, oder ähnlich. [8] (b) Wie können Sie IR-spektroskopisch zeigen, dass ein Wassermolekül gewinkelt und nicht linear ist? [4] (c) Skizzieren Sie die vier Valenz-MOs eines linearen Wassermoleküls. [6] 10

11 11

12 12

13 13