Praktikum Chemie für Biologen, SS 2003/Kurse SS

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1 1 Praktikum Chemie für Biologen, SS 2003/Kurse SS Klausur in Anorganischer Chemie (KlAC) - Sa Name:... Vorname:... Wenn Nachschreiber aus einem der Vorkurse, bitte eintragen: Matrikel-Nr. Semester und Jahr des Labor-Kurses Unterschrift... SS:...WS: Punkteschlüssel Aufgabe Summe max Pkte. 1,5 2, , ,5 1,5 1,5 20 Bewertung

2 2 1) Redox-Reaktionen mögliche/erreichte Punkte a) Einige methanogene Archaea gewinnen ihre Energie durch Disproportionierung von Methanol in Methan und Kohlendioxid. Formulieren Sie die Reaktion hierfür (Teilgleichungen und Gesamt-Reaktion)! b) Andere methanogene Archaea gewinnen ihre Energie durch Disproportionierung von Acetat in Methan und Hydrogencarbonat. Formulieren Sie die Reaktion hierfür (Teilgleichungen und Gesamt-Reaktion)! c) Beschreiben Sie die Gewinnung von Roheisen aus Magneteisenerz Fe 3 O 4, und formulieren Sie die Reaktionen hierzu! = 1,5 Pkt.

3 3 2) Reaktionen von Kationen in wäßriger Lösung Beim Umsatz von gelösten Cr 3+ -Kationen mit Natronlauge, danach mit Wasserstoffperoxid, verdünnter Schwefelsäure und Ethanol treten die im Folgenden angegebenen Farben, Gleichgewichte (1 und 2) und Reaktionen (3 bis 5) auf. NaOH NaOH H 2 O 2 H 2 SO 4 Ethanol Lösung Niederschlag Lösung Lösung Lösung Lösung (violett) (1) (schmutzig-grün) (2) (tiefgrün) (3) (orange) (4) (gelb) (5) (grün) a) Formulieren Sie das Gleichgewicht (1) als Fällungsreaktion! 0,2 Pkt. b) Formulieren Sie die Gleichgewichtskonstante! Welche Einheit hat diese? c) Formulieren Sie die Gleichgewichte (1) und (2) als Säure- Base-Reaktionen! d) Formulieren Sie die Gleichgewichtskonstanten! Welche Einheit haben diese? e) Formulieren Sie Gleichgewicht (2) als Komplexbildungsreaktion! f) Formulieren Sie die Gleichgewichtskonstante! Welche Einheit hat diese? g) Formulieren Sie die Reaktionen (3) bis (5)! Um welchen Reaktionstyp handelt es sich jeweils? 0,2 Pkt. 0,4 Pkt. 0,4 Pkt. 0,2 Pkt. 0,2 Pkt. 0,9 Pkt. = 2,5 Pkt.

4 4 3) Qualitative Analyse An einem schönen Frühlingstag ging Jörg am Rheinufer in der Nähe eines Industrieparks spazieren und hat dort eine Grasprobe entnommen. Ein wäßriger Extrakt dieser Probe wurde analysiert und zeigte das folgende Verhalten (1) bis (10): Bei Zugabe von Salzsäure bildete sich ein weißer Niederschlag (1), der sich nach Filtration in Ammoniak löste (2). Beim Eintropfen einer Glucoselösung in das Filtrat trat eine Schwarzfärbung auf (3). Bei der Zugabe von H 2 S-Wasser zum Grasextrakt fiel ein orange-farbener (4) und ein schwarzer Niederschlag aus (5). Der orange-farbene Niederschlag löste sich in wäßriger Ammoniumpolysulfid-Lösung (6). Der schwarze Rückstand wurde in konzentrierter Salpetersäure gelöst (7) und danach mit konzentriertem Ammoniak versetzt, wobei die Lösung sich tiefblau färbte (8). Beim Ansäuern der Ammoniumpolysulfid-Lösung mit verdünnter Salzsäure trat ein gelborange-farbener Niederschlag auf, der sich nur teilweise wieder in konzentrierter Salzsäure löste (9). Es wurde filtriert und ein Eisennagel in das Filtrat gegeben. Es fielen schwarze Flocken aus (10). a) Welche Ionen waren in dem Grasextrakt vorhanden? 0,6 Pkt. b) Begründen Sie Ihre Antwort anhand der Beobachtungen und stellen Sie für (1) bis (10) jeweils die Reaktionsgleichungen auf! c) Wie können Sie das nach Beobachtung (10) identifizierte Ion zusätzlich verifizieren? 3 Pkt. 0,4 Pkt. = 4 Pkt.

5 5 4) Löslichkeitsprodukt 3 g reines Bleiphosphat werden zu 100 ml Wasser gegeben und kräftig geschüttelt. a) Wieviel g Blei-Ionen sind nach dem Schütteln in 1 ml Wasser enthalten? b) Es wird 1 g Natriumphosphat dazugeben und erneut geschüttelt. Wieviel g Blei-Ionen sind jetzt noch in 1 ml Wasser enthalten? = 2 Pkt. Löslichkeitsprodukt von Bleiphosphat: 1 x mol 5 /Liter 5. Molmassen: Pb 207,2 - Na 23,0 - Phosphat 95,0 g/mol. Rechentip: Logarithmieren Sie!

6 6 5) Ionenautauscher a) Erläutern Sie die Wasserenthärtung mittels eines Ionenaustauschers! Erklären Sie die Wirkungsweise anhand von Reaktionsgleichungen! Wie wird der Austauscher regeneriert? b) Wie läßt sich vollentsalztes Wasser mittels Ionenaustausch gewinnen? = 1,5 Pkt.

7 7 6) Silicium-Gewinnung a) Woraus wird elementares Silicium gewonnen? Beschreiben Sie den Prozeß zur technischen Herstellung des Siliciums (Reaktionsgleichungen, Reaktionsbedingungen und Temperatur)! b) Wieviel Gramm der Ausgangsstoffe braucht man zur Gewinnung von 25 g Roh-Silicium? c) Wie wird Silicium höchster Reinheit aus dem unter a) technisch gewonnenem Roh-Silicium hergestellt! Beschreiben Sie die einzelnen Schritte, und geben Sie die Reaktionsgleichungen! Wozu benötigt man Silicium höchster Reinheit? Atommassen (g/mol): Si = 28,1 - C = 12,0 - H = 1,0 - O = 16,0. = 2 Pkt.

8 8 7) Gravimetrie und Fällungs-Titration Eine Analysenlösung enthält ein Gemisch aus Bariumchlorid und Kaliumchlorid. a) Nach Zugabe von Schwefelsäure zu 100 ml der Lösung, Filtration über einen Porzellan-Filtertiegel und Trocknung resultieren 0,4077 g Bariumsulfat. Wieviel g Bariumchlorid sind in 1 Liter Analysenlösung enthalten? d) Weitere 100 ml der Lösung werden mit 82,55 0,1-molarer Silbernitrat-Lösung bis zum Äquivalenzpunkt titriert. Wieviel g Kaliumchlorid sind in 1 Liter Analysenlösung enthalten? = 2 Pkt. Molmassen (g/mol): Barium = 137,3 - Kalium = 39,1 - Cl = 35,5 - Sulfat = 96,1.

9 9 8) Altersbestimmung mit 14 C a) Formulieren Sie die Kernreaktionen für Bildung und Zerfall von 14 C! b) Beschreiben Sie das Verfahren zur Altersbestimmung mit 14 C! =1,5 Pkt.

10 10 9) Komplex-Bildung EDTA bildet mit Calciumionen einen stabilen Komplex. a) Was bedeutet die Abkürzung EDTA? 0,2 Pkt. b) Zeichnen Sie den EDTA-Calcium-Komplex räumlich! c) Formulieren Sie die Definition der Gleichgewichtskonstante K für die Bildung des Komplexes mit Calciumionen (lg K = 10.69)! d) Beschreiben Sie das Vorgehen bei der Titration einer Calcium-Ionen enthaltenden Lösung mit EDTA! Warum muß die zu titrierende Lösung gepuffert sein? Beschreiben Sie schematisch die Wirkungsweise des Indikators Eriochromschwarz-T! 0,3 Pkt. = 1,5 Pkt.

11 11 10) Puffer Jörg möchte 1 Liter einer Pufferlösung mit ph = 7,00 herstellen. In seinem Lager hat er ausreichend reines, festes Natriumphosphat und 1-molare Salzsäure vorrätig. a) Wie geht Jörg vor? Geben Sie Gleichungen und Mengen! b) Welche Höchst-Konzentration an Puffer kann Jörg bestenfalls durch Auflösen und Mischen seiner Vorräte erhalten? = 1,5 Pkt. Molmassen (g/mol): Na 23,0 - Phosphat 95,0. pk a -Werte der Phosphorsäure = 2,15, 7,20 und 12,15. Vernachlässigen Sie die Volumenänderung beim Mischen von festem Natriumphosphat mit 1-molarer Salzsäure!

12 12 Fortsetzung zu Aufgabe Nr. :

13 13 Fortsetzung zu Aufgabe Nr. :