Nachklausur zur Vorlesung Chemie für Physiker, Werksto wissenschaftler und Geographen WS 2006/2007

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1 Nachklausur zur Vorlesung Chemie für Physiker, Werksto wissenschaftler und Geographen WS 2006/2007 PD Dr. Guido Kreiner 8:00 11:00 Mittwoch, den 04. Juli 2007 Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Sto e Letzte mögliche Abgabe der Klausur: 11:00 Eigenes Papier ist nicht erlaubt! Folgende Hilfsmittel sind erlaubt: Kugelschreiber - bitte nicht mit rotem Stift schreiben Taschenrechner Periodensystem siehe Hörsaalwand Name Matrikel-Nr Studiengang U nterschrif t Gesamtpunktzahl: Note: PD Dr. Guido Kreiner 1

2 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Was ist ein Reinelement? 2 P 2. Was ist ein Gemenge? 2 P 3. Vervollständigen Sie die folgende Gleichung, indem Sie für die Platzhalter () 2 P die richtigen Zahlen eintragen. 9 Be + 2 H! B + 1 n 4. Wie viele Protonen, Neutronen und Elektronen hat ein 59 27Co 2+ Ion? 2 P 5. Wie viele Teilchen enthält 1 mol Ag? 2 P

3 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Skizzieren Sie die Gestalt eines d z 2-Orbitals mit Angabe der Phase. 2 P 7. Welchen ph-wert besitzt eine wässerige Lösung der Perchlorsäure mit der 2 P Konzentration 1 mol = l! 8. Ordnen sie die Anionen I, F, Br, Cl mit steigendem Ionenradius von links 2 P nach rechts! 9. Wie lautet die Gibbs-Helmholtz Gleichung? 2 P 10. Wie lauten die Summenformeln der folgenden Säuren 2 P (a) Salzsäure (b) Schwefelsäure (c) Orthokieselsäure (d) Selensäure

4 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Welche Werte durchläuft die Magnetquantenzahl m für die Nebenquantenzahl 2 P l = 3? 12. Welcher Sto entsteht beim Verbrennen von Phosphor in reinem Sauersto? 2 P Formulieren Sie die Reaktionsgleichung. 13. Ergänze die folgende Tabelle zur Beschreibung der Vorgänge an beiden Elek- 2 P troden einer Elektrolysezelle mit den jeweils richtigen Begri en. Elektrischer Anschluß: Minuspol, Pluspol Reaktionstyp: Oxidation, Reduktion Elektrodenbezeichnung: Kathode, Anode Elektrischer Anschluß Reaktionstyp Elektrodenbezeichnung 14. Die Synthese von Ammoniak aus Wassersto H 2 und Sticksto N 2 verschiebt 2 P sich bei Temperaturerhöhung auf die linke Seite der Reaktionsgleichung. Ist die Reaktion exotherm oder endotherm? 15. Das Boudouard-Gleichgewicht verschiebt sich bei Temperaturerhöhung auf die 2 P rechte Seite der Reaktionsgleichung. Ist die Reaktion exotherm oder endotherm?

5 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Benennen Sie folgende Elemente mit ihrem Namen: Y, Zr, Tl, Os, Pr, Pm, Pa, 2 P Pu! 17. Welche Elemente bezeichnet man als Platinmetalle? 2 P 18. Wieviel Formeleinheiten Z be nden sich in einer Elementarzelle (Würfel) der 2 P Kristallstrukturen von NaCl, Cu, CsCl und CaF 2? 19. Wie nennt man den Block der Elemente mit den Ordnungszahlen 57 bis 71 im 2 P Periodensystem? 20. Was ist -, -, und -Strahlung? 2 P

6 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Bestimmen Sie die Oxidationszahlen der Atome in den folgenden Verbindun- 4 P gen. NaCl Cl 2 Cl 2 O ClO 2 Na O Skizzieren Sie die Valenzstrichformel für O 3. Berücksichtigen Sie mesomere 4 P Grenzformeln. 23. Welche Molekülstruktur (Geometrie) besitzen die folgenden Moleküle bzw. 4 P Molekülanionen. Nutze zur Vorhersage das VSEPR Konzept (Valenzelektronenpaarabstoßungsmodell). (a) I 3 (b) IF 5 (c) ICl Welche wässrigen Lösungen der Sto e NaBr, HClO 4, NaCH 3 COO, Ca(OH) 2 4 P und HI reagieren neutral, sauer oder basisch?

7 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Welchen ph-werte besitzten die folgenden wässerigen Lösungen? 2 P (a) Salzsäure mit der Konzentration 0:001 mol = l (b) Natronlauge mit der Konzentration 0:1 mol = l 26. Wieviele Moleküle be nden sich in 0:20 g Gas molekularen Wassersto s? 4 P Angabe: M r (H) = 1: Natrium kristallisiert im W-Strukturtyp (bcc oder krz) mit einer Dichte von 4 P 0; 971 g cm 3 und hat eine Molmasse von 22; 99 g mol 1. (a) Berechne den Gitterparameter (b) Berechne den Atomradius des Natriums

8 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Formulieren Sie für die folgende Redoxreaktion in saurer Lösung die Reakti- 4 P onsgleichung: Oxidation von Eisen(II)-Ionen mit Permanganat(VII)-Anionen. 29. Formuliere die Summenformel der Verbindungen der folgenden Elemente in 4 P der größten Oxidationsstufe mit Sauersto. (a) Li (b) Be (c) B (d) C (e) N (f) P (g) S (h) Cl 30. Skizzieren Sie die Valenzstrichformeln für die folgenden Verbindungen mit An- 4 P gabe der Formalladungen und beschreiben sie die nach dem VSEPR-Modell zu erwartende Geometrie des jeweiligen Molekül(anion): P O 3 4 ; CO 2 3 ; HNO 3 ; NO 2

9 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Gegeben sei die folgende Reaktion: 8 P C(s) + H 2 O(g)! H 2 (g) + CO(g) (a) Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie H298, o die freie Reaktionsenthalpie G o 298 und die Reaktionsentropie S298 o der obigen Reaktion aus den angegebenen (freien) Standard-Bildungsenthalpien. C(s) ist Graphit. (b) Berechnen sie unter der Annahme, daßdie Größen HT o, Go T und So T von der Temperatur unabhängig sind sowie für einen Partialdruck von 1 atm für alle Gase die Temperatur in C ab der oberhalb die Reaktion freiwillig ablaufen kann. Angaben: Standard-Bildungsenthalpien Freie Standard-Bildungsenthalpien H o B kj mol CO(g) 110:5 H 2 O(g) 241:8 1 G o B kj mol CO(g) 137:2 H 2 O(g) 228:6 1

10 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Die Gleichgewichtskonstante K p der Ammoniaksynthese beträgt bei 25 C K p = 8 P 6:310 5 (atm 1 ) 2. Sticksto, Wassersto und Ammoniak seien ideale Gase. Die Gaskonstante beträgt 0:08206 l atm mol 1 K 1. N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (a) Berechne die Gleichgewichtskonstante K c. (b) Berechne die Gleichgewichtskonstante K x 10 atm. bei einem Gesamtdruck von

11 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Gegeben sind die Redoxpaare Cu/Cu 2+ mit " o = 0; 34 V und Zn/Zn 2+ mit 8 P " o = 0; 76 V. (a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für eine galvanische Kette. (b) Berechen Sie das Standardzellpotential E o der Kette. (c) Formulieren Sie die Nernst-Gleichung der Kette und berechnen Sie die Zellspannung für c(cu 2+ ) = 0; 5 mol l 1 und c(zn 2+ 1 ) = 1 mol l

12 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Die Gitterenergie U G von LiF(s) ist mit Hilfe des Born-Haber-Kreisprozesses 8 P zu bestimmen: (a) formulieren Sie jeden Teilschritt des Kreisprozesses als Reaktionsgleichung (b) benutzen Sie folgende Werte zur Berechnung der Gitterenergie U G kj mol Standard-Bildungsenthalpie von LiF(s) HB o 584 (1) molare Sublimationsenthalpie von Li(s) Hsub o 155 (2) erste Ionisierungsenergie von Li I (3) molare Dissoziationsenthalpie von F 2 Hdiss o 158 (4) molare Elektronena nität von F EA 330 (5) Gitterenergie von LiF(s) U G? (6) 1

13 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Wieviel Gramm an Aluminumoxid, an Quarz und an Berylliumoxid erhält man 8 P bei der gravimetrischen Analyse von 100 g Beryll Al 2 Be 3 Si 6 O 18? Angaben: M(Al) = 27 g mol 1 ; M(Be) = 9 g mol 1 ; M(Si) = 28 g mol 1 ; 1 M(O) = 16 g mol

14 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Notizen

15 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Notizen

16 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Notizen

17 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2006/ Notizen