Analytische und organische Chemnie für Geologen

Transkript

1 Analytische und organische Chemnie für Geologen ANORGANIK 1. Schätzen Sie den ph-wert für folgende Lösungen: a) 0,001 Mol HCl b) 0,1 Mol NH 4 Cl-Lösung c) 0,1 Mol Essigsäure d) 0,1 Mol KCl-Lösung e) 0,001 Mol NaOH-Lösung f) 0,1 Mol Natriumcarbonat-Lösung 2. Zur Herstellung einer Pufferlösung bei ph = 4,5 werden Essigsäure und Natriumacetat verwendet. Erklären Sie die Wirkung des Puffers a) bei Zugabe der Säure HCl b) bei Zugabe der Base NaOH c) pk S -Wert des Puffers ist 4,75. In welchem ph-bereich ist der Puffer wirksam? 3. Die Konzentration von Ameisensäure (pk S -Wert 3,75) soll in einer Säure-Base-Titration bestimmt werden. a) Welche Verbindungen sind als Titrant möglich? b) In welchem ph-bereich erwarten Sie den Titrationspunkt? c) Welche Verbindungen können als Indikationen eingesetzt werden? d) Skizzieren Sie die Titrationskurve für eine ca 0,1 Mol Ameisensäure bei Titration mit 0,1 Mol Base ihrer Wahl. 4. Zn-(II)-Ionen werden mit Sulfidionen bei einem ph-wert von 10 gefällt. Schreiben Sie das Löslichkeitsprodukt auf! Wie verändert sich die Sättigungskonzentration in folgenden Fällen a) Zusatz von ZnCl 2 in Überschuss b) Verringerung des ph-wertes auf 6 c) Zugabe von 1 Mol Ammoniak-Lösung 5. Werden folgende Metalle von den genannten Oxidationsmitteln zu ihren Ionen oxidiert und warum? a) Zink + HCl b) Al + NaOH c) Ag + HCl d) Ag + HNO 3 e) Au + HNO 3 f) Au und Sauerstoff in CN - -haltiger Lösung g) Nernst-Gleichung für Oxidation von Cu-(III)-Ionen zu Cu-(II)-Ionen aufschreiben

2 ORGANIK 1. Molekülstrukturen von a) 3-Methylhexan b) trans-1,2-dibromcyclohexan c) E-2-Buten d) 1,2-Dichlorbenzol 2. Wie gewinnt man Polypropylen? Formulieren Sie die Teilschritte der Reaktion! 3. Benennen Sie die folgenden Verbindungen a) b) c) d) 4. Wie bezeichnet man Verfahren zur Herstellung on Ethen? Zeichnen Sie die Struktur der jeweiligen Produkte! 5. Was sind FCKW? Welche physikalischen Eigenschaften besitzen diese Verbindungen? Warum sind diese Substanzen aus ökologischer Sicht bedenklich? Skizzieren Sie anhand der chemischen Formeln den Wirkungsmechanismus

3 Klausur GAC Schreiben Sie die Formeln der jeweils konjugierten Base der folgenden Säuren: a) H 3 BO 3 ; b) HClO 4 ; c) [Al(H 2 O) 6 ] 3+ ; d) H 2 PO 4 - sowie für die folgenden Basen die Formeln ihrer jeweils konjugierten Säure: e) OH - ; f) F - ; g) NH 3 ; h) CH 3 COO - 2. Berechnen Sie die ph-werte der Lösungen: a) 0,01 M KOH; b) 0,1 M HNO 3 ; c) 0,05 M NH 4 NO 3 ; d) 0,2 M NaAc (Natriumacetat) und formulieren Sie die Protolysereaktionen e) für NH 4 NO 3 und für f) NaAc. 3. Ein Puffer für den basischen ph-bereich wurde aus Ammoniak und Ammoniumchlorid hergestellt. a) Bei welchem ph-wert hat dieses Puffersystem die größte Wirkung? b) Wie ändert sich der ph-wert beim Verdünnen? c) Wie wirkt der Puffer bei Zugabe von Salzsäure? 4. Skizzieren Sie in einem Diagramm die Titrationskurve für die Titration von: a) 0,01 M HCl mit 0,01 M NaOH b) 0,01 M Essigsäure mit 0,01 M NaOH c) Schlagen Sie für beide Fälle einen geeigneten Indikator vor! 5. Formulieren Sie das Löslichkeitsprodukt für Bariumsulfat bzw. Silberchromat ml einer 0,05 M Br - - Lösung werden mit 0,1 M Ag + -Lösung titriert. a) Welches Volumen an Silber-Lösung wird zum Erreichen des Äquivalenzpunktes benötigt? b) Wie groß ist der pbr-wert (Sättigungskonzentration) am Äquivalenzpunkt?

4 7. Formulieren Sie die Gleichgewichtskonstante für die folgende Redoxreaktion Cu(s) + 2 Fe 3+ 2 Fe 2+ + Cu 2+. Wie lautet die Nernst-Gleichung für die Teilreaktion des Kupfers? 8. Eisen lässt sich permanganometrisch auf der Grundlage der folgenden Reaktionsgleichung bestimmen: Fe 2+ + MnO H + Mn 2+ + Fe 3+ + H 2 O Bilanzieren Sie die Reaktionsgleichung und schlagen Sie eine Indikationsmöglichkeit für diese Titration vor. 9. Die Gesamthärte eines Wassers soll bestimmt werden. a) Welche Bestandteile sind im Wasser zu analysieren? b) Wie lassen sich diese Bestandteile titrimetrisch bestimmen? c) Was versteht man unter temporärer Härte und permanenter Härte? 10. Bei kompleximetrischen Titrationen muss der ph-wert exakt eingehalten werden, um Nebenreaktionen zu vermeiden. Welche Nebenreaktionen sind denkbar für das zu analysierende Metallion und welche für den Liganden Ethylendiamintetraessigsäure (EDTE)? 11. Ein Magnesiumsulfat-haltiges Wasser soll mittels Ionenaustauscher entsalzt werden. Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen zur Entfernung dieses Salzes. Konstanten: pk S (NH 4 + ) = 9,25; pk S (HAc)= 4,75; pk L (AgBr)= 12, 28

5 Klausur Grundlagen Analytische Chemie (Ba) Schreiben Sie die Formeln der jeweils konjugierten Base der folgenden Säuren: a) CH 3 -COOH; b) HPO 4 2- ; c) [Al(H 2 O) 4 (OH) 2 ] -- ; d) NH 4 + sowie für die folgenden Basen die Formeln ihrer jeweils konjugierten Säure: e) OH -- ; f) Br -- ; g) HBO 3 2- ; h) CH 3 -NH 2 2. Berechnen Sie die ph-werte der Lösungen: a) 0,01 M KOH; b) 0,02 M HNO 3 ; c) 0,01 M CH 3 - COOH; d) 0,1 M NH 3 ; und formulieren Sie die Protolysereaktionen für HCOO und für NH 4 NO Für den sauren ph-bereich wurde ein Puffer aus Borsäure und Borax (Natriumtetraborat) hergestellt. Erläutern Sie an Hand der Puffergleichung bei welchem ph-wert dieses Puffersystem die größte Wirkung hat, wie sich der ph-wert beim Verdünnen ändert und wie der Puffer bei Zugabe von Salzsäure wirkt. 4. Skizzieren Sie in einem Diagramm die Titrationskurven für die Titration von a) 0,01 M HCl und b) von 0,01 M Essigsäure mit jeweils 0,01 M NaOH unter Angabe charakteristischer Punkte und ph-werte. Schlagen Sie für beide Titrationen geeignete Indikatoren vor. 5. Formulieren Sie das Löslichkeitsgleichgewicht und das entsprechende Löslichkeitsprodukt für Silberchromat und für Kupfersulfid ml einer 0,05 M I -- -Lösung werden mit 0,1 M Ag + -Lösung titriert. a) Welches Volumen an Ag + -Lösung wird bis zum Erreichen des Äquivalenzpunktes benötigt? b) Wie groß ist der pi-wert (Sättigungskonzentration) am Äquivalenzpunkt? 7. Bilanzieren Sie folgende Redox-Teilreaktion: Cr 3+ + H 2 O Cr 2 O H +. Formulieren Sie die Nernst-Gleichung für die bilanzierte Redoxreaktion.

6 8. Kupfer lässt sich iodometrisch nach HAEN-LOW auf der Grundlage folgender Reaktionsgleichung titrieren: 2 Cu I -- Cu 2 I 2 + I 2 Wie lautet die Nernst-Gleichung für die Teilreaktion des Kupfers? Welcher Stoff wird mit welchem Reagenz titriert? Wie erfolgt die Indikation bei dieser Titration? 9. a) Was versteht man unter temporärer und permanenter Härte? b) Wie lässt sich die Gesamthärte eines Wassers titrimetrisch bestimmen? c) Warumm muss bei dieser Titration der ph-wert exakt eingehalten werden? 10. Nennen Sie jeweils eine Ankergruppe für einen Kationen- und Anionenaustauscher und formulieren Sie die Begriffe Redox- und Ionenelektrode und geben Sie jeweils ein Beispiel an. Was versteht man unter Elektroden 2. Art (mit Beispiel) und wozu werden diese eingesetzt? Konstanten wurden gegeben!

7 Übungsklausur A) Nenne die korrespondierende Base: 2- - HSCN - HPO 4 - [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ -HAc B) Nenne die Korrespondierende Säure: 2- - CO 3 - H 2 O - NH 3 - Cl - 2. Berechne die ph-werte von: - 0,05M KOH - 0,01 HCl - 0,2M Essigsäure - 0,5M NH 3 Schreiben sie die Protolyse-Reaktion für Ammoniumchlorid und Kaliumchromat! 3. Gegeben ist ein Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer. Wie lautet die Puffergleichung? Wann ist die Pufferwirkung am größten? Was bewirkt eine Verdünnung, Zugabe einer Säure oder Zugabe einer Base? 4. Skizzieren Sie die Titrationskurven von A) 0,01M Ammoniak mit einer Säure B)0,01M HCl mit einer starken Base. Welche Indikatoren würden Sie zur Endpunktbestimmung verwenden? Was sind die charakteristischen Punkte in diesem Diagramm und berechnen Sie die jeweiligen ph-werte. 5. Schreiben Sie die Dissoziation und das Löslichkeitsprodukt von A) Silbersulfat und B) Zinksulfid auf. Warum wird das Wasser hierbei nicht beachtet? 6. Eine 0,05M Natriumchlorid-Lösung mit dem Volumen von 100mL wird mit einer 0,1M Silbernitrat-Lösung titriert. Wie groß ist der pcl-wert am Äquivalenzpunkt? Wie groß ist der Verbrauch an Silbernitrat bis zum Äquivalenzpunkt? 7. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Reaktion von Permanganat mit Kaliumoxalat in schwefelsaurer Lösung und geben Sie die Formel für das Elektrodenpotential dieser Reaktion an. 8. Geben Sie für die jeweiligen Titrationen an, was titriert wurde, womit titriert wurde und welcher Indikator hierfür verwendet wird: A) Kupferbestimmung nach HAEN LOW B) Eisenbestimmung nach REINHARDT-ZIMMERMANN 9. Die Wasserhärte kann man mittels einer Titration bestimmen. Geben Sie an mit was titriert wird und welcher Indikator verwendet wird. Geben Sie die Formen der Wasserhärte und ihre Definitionen an. Wie wird die Wasserhärte in Deutschland angegeben? 10. Geben Sie ein Beispiel für Ankergruppen in einem Ionenaustauscher an und formulieren Sie die Reaktionsgleichung eines Ionenaustauschers mit Eisen(III)chlorid. 11. Welche Arten von Elektroden gibt es und wozu wird die Elektrode 2.Art verwendet? Lösungen: 1. SCN - - PO [Fe(OH)(H 2 O) 5 ] 2+ -CH 3 COOH - HCO H 3 O + - NH 4 + -HCl 2. 12, ,72-9,22 NH 4 Cl NH + 4 +Cl - K 2 CrO 4 2K CrO 4 + H 2 O + NH 4 H 3 O + + NH 3 CrO H 2 O HCrO OH -

8 3. H 2 CO 3 + H 2 O HCO H 3 O + Pufferwirkung ist am größten wenn die Konzentrationen von Base und Säure gleich sind und der ph-wert bei ungefähr pk s ±1 ist. Die Verdünnung bewirkt keine Veränderung im ph-wert, jedoch verringert sich die Pufferkapazität. Bei Zugabe von Säuren nimmt der Puffer aufgrund der Gleichgewichtsverschiebung die Oxonium-Ionen auf und hält den ph-wert nahezu konstant. Bei Zugabe von Basen gibt der Puffer Oxonium-Ionen ab aufgrund der verschiebung des Gleichgewichtes und hält somit den ph-wert konstant. 4. Indikatoren: A) Tashiro und B) Lackmus Charakteristische Punkte sind bei τ= 0, τ=0,5, τ=1, τ=2 A) ph= 10,625 ph= 9,25 ph= 5,625 ph= 2 B) ph= ph= 7 ph= Ag 2 SO 4 ZnS A g 2 SO 4 SO Ag + ZnS Zn 2+ + S 2- K L = [SO 4 2- ]*[Ag + ] 2 K L =[Zn 2+ ]*[S 2- ] - Das Lösungsmittel wird hierbei nicht mit betrachtet, da es im Überschuss vorhanden ist. 6. pcl= - lg L = 4,875 (100mL *0,05mol/L) / (0,1 mol/l) =50 ml 7. 2 MnO C 2 O H 3 O + 2 Mn H 2 O + 10 CO 2 E = E + (R*T)/(F*z) * ln [MnO 4 - ]*[H 3 O + ] 8 /[ Mn 2+ ] E = E + (R*T)/(F*z) *ln [CO 2 ] /[ C 2 O 4 ] 8. A) Das Iod wird mit Thiosulfatlösung titriert und als indikator dient Stärkelösung B)Die Eisen(II)-Ionen werden mit Permanganat titriert und als Indikator dient Reinhardt- Zimmermann-Lösung 9. Die Wasser härtebestimmung erfolgt mit EDTA durch eine Komplexbildungsreaktion, mit Hilfe des Indikators Eriochromschwarz. Man unterscheidet in Karbonathärte und Nichtkarbonathärte und Gesamthärte. Karbonathärte setzt sich zumeist aus Calcium und Magnesium zusammen und kann man durch aufkochen des Wassers d.h., als Karbonat ausgefällt werden, entfernt werden. Die Nichtkarbonathärte besteht zumeist aus Sulfaten oder Chloriden, die sich nicht durch aufkochen entfernen lassen. Die Gesamthärte jedoch besteht sowohl aus Karbonat als auch Nichtkarbonathärte, das bedeutet, es ist die Gesamtkonzentration der im Wasser befindlichen Erdalkalimetalle. Die Härte wird in Grad deutscher Härte angegeben ( dh). 10. Ankergruppen sind: Kationenaustauscher: H + Anionenaustauscher: OH -, Quartiäre Amingruppen, 3 H 2 O + Fe 3+ + (H + ) gebunden (Fe 3+ )+ 3 H 3 O + 3(OH - ) + 3Cl H 3 O + 3(Cl - ) + 6 H 2 O 11. Es gibt Elektroden 1. und 2. Art. Elektroden 2. Art verwendet man zum Beispiel in der Kalomelelektrode.

9 Klausur Erläutern Sie am Beispiel des Stickstoffs den Zusammenhang zwischen Atomaufbau und Stellung dieses Elementes im PSE! 2. Welcher Zusammenhang besteht zwischen Bindungsart und Stellung der miteinander verbundenen (Hauptgruppen- )Elemente im PSE? Belegen Sie Ihre Ausführungen mit Beispielen! 3. Welche Teilchen können als Gitterbausteine in einem Kristallgitter auftreten? Welche Einteilung der Gitter ergibt sich bei Betrachtung der Wechselwirkung zwischen den Gitterbausteinen? Erläutern Sie die Art der Gitterbausteine, Art der Wechselwirkungen und daraus resultierende Stoffeigenschaften an je einem Beispiel! 4. Geben Sie die vollständigen Valenzstrichformeln für folgende Verbindungen an: CO 2 2- CO 3 H 2 SO 4 NH 3 5. Welche der nachfolgend aufgeführten Stoffe sind nach BRÖNSTED Säuren bzw. Basen? H 3 O + NH 3 NO 3- HSO 4-6. Weshalb liegen Sauerstoff und Wasserstoff bei Raumtemperatur als Gase, Wasser hingegen als Flüssigkeit vor? 7. Was versteht man unter der Härte des Wassers? Wodurch wird sie hervorgerufen? Wie kann man Gebrauchswasser enthärten? 8. Welche Produkte entstehen bei der technischen Natriumchlorid-Elektrolyse (in wässriger Lösung)? Erklären Sie die Entstehung dieser Produkte (Gleichungen)! 9. Was sind edle und unedle Metalle? Wie unterscheiden sie sich in ihrer Säurelöslichkeit? Geben Sie Reaktionsgleichungen dafür an! 10. Benennen Sie folgende Verbindungen: Mg 3 N 2 OF 2 P 4 O 10 H 2 SO 3 (NH 4 ) 2 S Na CaH 2 Mg 2 SiO 4 MgSiO 3 Al(OH) 3 Jahr unbekannt Anorganik 1. Schätzen Sie den ph-wert für folgende Lösungen: a) 0,001 Mol HCl b) 0,1 Mol NH 4 Cl-Lösung c) 0,1 Mol Essigsäure d) 0,1 Mol KCl-Lösung

10 e) 0,001 Mol NaOH-Lösung f) 0,1 Mol Natriumcarbonat-Lösung 2. Zur Herstellung einer Pufferlösung bei ph = 4,5 werden Essigsäure und Natriumacetat verwendet. Erklären Sie die Wirkung des Puffers a) bei Zugabe der Säure HCl b) bei Zugabe der Base NaOH c) pk S -Wert des Puffers ist 4,75. In welchem ph-bereich ist der Puffer wirksam? 3. Die Konzentration von Ameisensäure (pk S -Wert 3,75) soll in einer Säure-Base- Titration bestimmt werden. a) Welche Verbindungen sind als Titrant möglich? b) In welchem ph-bereich erwarten Sie den Titrationspunkt? c) Welche Verbindungen können als Indikationen eingesetzt werden? d) Skizzieren Sie die Titrationskurve für eine ca 0,1 Mol Ameisensäure bei Titration mit 0,1 Mol Base ihrer Wahl. 4. Zn-(II)-Ionen werden mit Sulfidionen bei einem ph-wert von 10 gefällt. Schreiben Sie das Löslichkeitsprodukt auf! Wie verändert sich die Sättigungskonzentration in folgenden Fällen a) Zusatz von ZnCl 2 in Überschuss b) Verringerung des ph-wertes auf 6 c) Zugabe von 1 Mol Ammoniak-Lösung 5. Werden folgende Metalle von den genannten Oxidationsmitteln zu ihren Ionen oxidiert und warum? a) Zink + HCl b) Al + NaOH c) Ag + HCl d) Ag + HNO 3 e) Au + HNO 3 f) Au und Sauerstoff in CN - -haltiger Lösung g) Nernst-Gleichung für Oxidation von Cu-(III)-Ionen zu Cu-(II)-Ionen aufschreiben Organik 1. Molekülstrukturen von a) 3-Methylhexan b) trans-1,2-dibromcyclohexan c) E-2-Buten d) 1,2-Dichlorbenzol 2. Wie gewinnt man Polypropylen? Formulieren Sie die Teilschritte der Reaktion! 3. Benennen Sie die folgenden Verbindungen Wie bezeichnet man Verfahren zur Herstellung on Ethen? Zeichnen Sie die Struktur der jeweiligen Produkte! Was sind FCKW? Welche physikalischen Eigenschaften besitzen diese Verbindungen? Warum sind diese Substanzen aus ökologischer Sicht bedenklich? Skizzieren Sie anhand der chemischen Formeln den Wirkungsmechanismus