Ruhr-Universität Bochum Fakultät für Chemie

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1 Vorname: Matrikel-Nr.: Name: Geburtsdatum: Platz-Nr.: Ruhr-Universität Bochum akultät für Chemie Übungsklausur zur Vorlesung "Allgemeine Chemie" BSc oder Diplom in den ächern Chemie, Biochemie, Geowissenschaften, Physik, ptionalbereich (WS 008/09) Prüfer: Prof. Dr. Anja-Verena Mudring / achschaft der akultät für Chemie und Bichemie Datum: Uhrzeit: 14:00 Uhr Hörsaal: HNC 10 Unterschrift der Kandidatin/des Kandidaten: Ich bin mit der Veröffentlichung meines Klausurergebnisses (nur Matrikelnummer und Punktzahl) auf den Internetseiten der RUB (Blackboard) einverstanden. ja: nein: Beispiel Aufgabe Σ Punktzahl Ergebnis Ergebnis: Punkte von maximal Punkten Note: Datum: Unterschrift der Prüferin/des Prüfers: Es werden maximal 1 der 16 Aufgaben bewertet. Die maximale Punktzahl ergibt sich aus der vollständigen Lösung von 1 Aufgaben. Zum Bestehen der Klausur sind mindestens 40 % (48 Punkte) zu erreichen. Bitte markieren Sie die Aufgaben, die nicht gewertet werden sollen, in der Tabelle oben eindeutig durch Durchstreichen. Ansonsten ist es den Prüfern freigestellt zu entscheiden, welche Aufgaben nicht bewertet werden sollen. Bitte schreiben und zeichnen Sie möglichst sauber und formulieren Sie Ihre Antworten eindeutig. Außer einem dokumentenechten Schreibgerät und einem nicht-programmierbaren Taschenrechner sind keine weiteren Hilfsmittel erlaubt. Diese Klausur umfasst 1 Aufgaben und 19 Seiten (incl. Periodensytem).

2 1. Aufgabe (10 Punkte) Seite /19 Notieren Sie die (Valenz-)Elektronenkonfiguration folgender Ionen: Cu + [Ar] 3d 10 Cr 3+ [Ar] 3d 3 Cl - [Ne] 3s 3p 6 Co + [Ar] 3d 7 Na + [He] s p 6 Bestimmen Sie die Anzahl der Protonen, Neutronen und Elektronen folgender Elementisotope: 3 11 Na (11 Protonen, 1 Neutronen, 11 Elektronen) 40 0 Ca (0 Protonen, 0 Neutronen, 0 Elektronen) 13 6 C ( 6 Protonen, 7 Neutronen, 6 Elektronen) Tl (81 Protonen, 14 Neutronen, 81 Elektronen) 35 9 U ( 9 Protonen, 143 Neutronen, 9 Protonen)

3 . Aufgabe (10 Punkte) Seite 3/19 Unterstreichen Sie bei den folgenden Ionenpaaren jeweils das Ion mit dem größten Radius. Rb + / Li + Ca + / K + Mg + / Al 3+ S - / Cl - Cu + / Cu + Unterstreichen Sie das Element mit der höheren Elektronegativität. Na / K Ca / Rb Mg / Al Ge / Ga Bi / Sb

4 3. Aufgabe (10 Punkte) Seite 4/19 Erläutern Sie kurz folgende Begriffe und geben Sie ein Beispiel. a. ormalladung Eine fiktive Ladung, die einem Atom zugewiesen wird, wenn die Bindungselektronen gleichmäßig auf die beteiligten Atome aufgeteilt werden. Beispiel: C N b. Reduktion Eine Teilreaktion, bei der es zu Aufnahme von Elektronen, d.h. zur Erniedrigung der xidationszahl, kommt. Beispiel: Ag + + e Ag c. xidationsmittel Substanz, die bei einer chemischen Reaktion reduziert wird und dadurch die xidation einer anderen Substanz bewirkt. Beispiel: Cl + e Cl d. Disproportionierung Reaktion, bei der ein Element in der Ausgangsverbindung sowohl oxidiert als auch reduziert wird. -I -II 0 Beispiel: H H + e. 18-Elektronenregel Unter Berücksichtigung der d-elektronen entspricht die Anzahl der Valenzelektronen für die Edelgaskonfiguration den 18 Elektronen. (Dies gilt nicht für die Elemente der 1. und. Periode!) Besondere Verwendung bei den komplexen Verbindungen der d- Elemente. Beispiel: Ni(C) (4 ) = 18

5 4. Aufgabe (10 Punkte) Seite 5/19 Geben Sie die Valenzstrichformeln, mögliche Resonanzformeln (mesomere Grenzstrukturen) inklusive der freien Elektronenpaare sowie eventuell vorhandene ormalladungen für folgende Ionen / Moleküle an: N N N N N N bzw. N N N 3 - N N N N N N S 4 - S S 3 - S P 4 3- P

6 5. Aufgabe (10 Punkte) Vanadium kommt als Gemisch zweier Isotope vor, u und Seite 6/ V mit der Atommasse 49, V mit der Atommasse 50,9440 u. Die mittlere Atommasse des Vanadiums beträgt 50,9415 u. Wieviel Prozent-Anteil hat jedes Isotop? (1 u = 1, kg) x : Anteil von y : Anteil von 51 3 V 50 3 V x + y = 1 ( bzw. 100%) y = 1 x Die mittlere Atommasse setzt sich nach folgender Gleichung zusammen: x * 50,9440u + (1 x) * 49,947u = 50,9415u Nach Umformung der Gleichung und Auflösung nach x ergibt sich: x = 0,9975 Anteil von y = 0,005 Anteil von 51 3 V entspricht 99,75% V 50 3 entspricht 0,5%

7 6. Aufgabe (10 Punkte) Seite 7/19 ormulieren Sie die Valenzstrichformeln folgender Moleküle und Ionen und machen Sie mit Hilfe der VSEPR-Theorie Aussagen über die Molekülstrukturen. As 5 trigonal-bipyramidal As Te 5 - quadratisch-pyramidal Te SnH 4 tetraedrisch H H Sn H H IBr - linear Br I Br AsCl 4 + tetraedrisch Cl Cl As Cl Cl

8 7. Aufgabe (10 Punkte) Seite 8/19 Vervollständigen Sie folgende Reaktionsgleichungen: Al + 6 HCl AlCl H Cu S + Cu 6 Cu + S Wie viel Gramm Natriumamid (NaNH ) und Distickstoffoxid (N ) werden benötigt, um 50,0 g Natriumazid (NaN 3 ) herzustellen unter der Annahme eines vollständigen Stoffumsatzes gemäß NaNH + N NaN 3 + NaH + NH 3? M(NaNH ) = 39,013 g/mol M(N ) = 44,013 g/mol M(NaN 3 ) = 65,011 g/mol Laut der Reaktionsgleichung: ½ n(nanh ) = n(n ) = n(nan 3 ), wobei n(nan 3 ) = m(nan 3 ) / M(NaN 3 ) Somit ergeben sich für die benötigten Massen von NaNH und N : m(nanh ) = n(nanh ) * M(NaNH ) = = * [m(nan 3 ) / M(NaN 3 )] * M(NaNH ) = 60,0 g m(n ) = n(n ) * M(N ) = = [m(nan 3 ) / M(NaN 3 )] * M(N ) = 33,8 g

9 8. Aufgabe (10 Punkte) Seite 9/19 Vervollständigen Sie folgende Gleichungen für Redoxreaktionen, die in saurer wässriger Lösung ablaufen (achten Sie auf die Wasser- bzw. Protonenbilanz) 4 Zn + N H + 4 Zn + + NH H 3 H 3 As 3 + Br 3-3 H 3 As 4 + Br - H Se 3 + H S Se + HS H + + H Re + 3 Cl + 4 H HRe Cl H + 4 AsH Ag H As Ag + 4 H +

10 9. Aufgabe (10 Punkte) Seite 10/19 Vervollständigen Sie folgende Gleichungen für Redoxreaktionen, die in basischer wässriger Lösung ablaufen (achten Sie auf die Wasser- bzw. Hydroxid-Ionen- Bilanz!). S I + 8 H - S I H 3 CN - + Mn H 3 CN - + Mn + H - 4 Au + 8 CN H 4 [Au(CN) ] H - Si + H - + H Si H Cr(H) Br H - Cr Br H

11 10. Aufgabe (10 Punkte) Seite 11/19 Geben Sie die xidationszahl an für N in H NH -I S in S 5 Cl +VI P in Na 3 P 3 9 +V N in CaN +I Xe in Xe VIII Ta in TaCl 3 +V Sb in Ca Sb 7 +V B in B Cl 4 +II Te in H 6 Te 6 +VI U in U + +VI

12 11. Aufgabe (10 Punkte) Seite 1/19 Geben Sie die ormeln für folgende Verbindungen an: Eisen(III)-phosphat ep 4 Magnesiumperchlorat Mg(Cl 4 ) Kaliumdihydrogenphosphat KH P 4 Nickel(II)-nitrat Ni(N 3 ) Hypoiodige Säure HI

13 1. Aufgabe (10 Punkte) Seite 13/19 Welche Stoffmengenkonzentration hat eine Ba(H) -Lösung, wenn 5 ml davom mit 15,7 ml einer Salzsäure-Lösung mit c(hcl) = 0,1 mol/l neutralisiert werden? Ba(H) + HCl BaCl + H Konz.: x M 0,1 M V (Lösung): 5 ml 15,7 ml Laut der Reaktionsgleichung: n(ba(h) ) = ½ n(hcl), wobei n(hcl) = c(hcl) * V(HCl) Somit ergibt sich: c(ba(h) ) = n(ba(h) ) / V(Ba(H) ) = = ½ * [c(hcl) * V(HCl)] / V(Ba(H) ) = 0,03054 mol/l

14 13. Aufgabe (10 Punkte) Seite 14/19 ür die Reaktion Ni(s) + C (g) Ni(s) + C (g) ist K c = 4, bei 936 K und 1, bei 115 K. Ist die Reaktion exo- oder endotherm? Exotherm Wie wird das Gleichgewicht beeinflusst, wenn a. Die Temperatur gesenkt wird? Nach rechts b. Der Druck erniedrigt wird? nicht c. Ni zugesetzt wird? nicht d. C entfernt wird? links e. C entfernt wird? rechts

15 14. Aufgabe (10 Punkte) Seite 15/19 Dichloressigsäure (Cl HCC H), eine einprotonige Säure, ist bei einer Konzentration von 0,0 mol/l zu 33% dissoziiert. Wie groß ist die Säuredissoziationskonstante? c 0 = 0,0 M Cl HCC H + H Cl HCC + H 3 + Im GGW: (1-0,33)c 0 0,33c 0 0,33c 0 K S = + [H3 ][ClHCC [Cl HCC H] ] = (0,33 c0) 0,67 c 0 = = 3, mol/l

16 15. Aufgabe (10 Punkte) Seite 16/19 ormulieren Sie das Löslichkeitsprodukt für PbS und ZnS. Die Zahlenwerte der Konstanten betragen und, K L (PbS) = [Pb + ][S - ] = mol /l K L (ZnS) = [Zn + ][S - ] =, mol /l Eine Lösung, die je 0,0 mol/l Pb + und Zn + enthält, wird mit H S gesättigt. Welchen ph-wert muss die Lösung haben, damit möglichst viel PbS, aber kein ZnS ausfällt? Die Sättigungskonzentration von H S beträgt 0,1 mol/l, die Säurekonstante für die erste Dissoziation K s1 = 1, mol/l, für die zweite Dissoziation K s = 1, mol/l. H S ist eine zweiprotonige Säure, also es gibt zwei zusammenhängende Gleichgewichte: H S + H HS +H 3 + und HS +H S +H 3 + K S1 + [H ][HS ] = [H S] K S + [H ][S ] = [HS ] K S [H ][HS ] [H ][S ] [H ] [S ] K S = = = 1, mol /l [H S] [HS ] [H S] + K S1K S[H S] [ H ] = [S [S ] - ] =??? Da PbS bei kleinerer S - -Konzentration ausfällt (also bei niedrigerem ph-wert), muss man die minimale S - -Konz. für ZnS zu berechnen: [S K [Zn (ZnS) ],5 10 mol 0,0mol / l L 1 ] = = = 1, / l mol / l [H + ] = 0,98 ph = 0,5 Bei ph = 0,5 wird möglichst viel PbS, aber noch kein ZnS ausgefallen sein

17 16. Aufgabe (10 Punkte) Seite 17/19 E 0 ist im wässrigen Medium für folgende Reaktion +1,51 V. - Mn H e - Mn H Berechnen Sie das Reduktionspotenzial, E, für eine Lösung mit ph =,5 und einem Konzentrationzverhältnis von c(mn + )/c(mn - 4 ) = 1/100. Das Reduktionspotential wird mit Hilfe der Nernst-Gleichung berechnet: o 0,059 [Mn 4 ][H E = E + lg + z [Mn ] + ] 8,303 RT = 0,059 V Die Konzentration von H+-Ionen errechnet sich aus dem ph-wert: [H + ] = 10 -ph Beim Einsetzen aller gegebenen Informationen in die Nernst-Gleichung ergibt sich: E = 1,51 V + 0, lg ( ph ) 8 V = + 1,30 V

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