Klausur zur Vorlesung "Anorganische Chemie" am

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1 Klausur zur Vorlesung "Anorganische Chemie" am Matrikelnummer: Name: Bitte eintragen: Vorname: Bitte eintragen Wievieltes Fachsemester: Fachrichtung: Sonstiges (bitte angeben): Bitte ankreuzen: Chemie Bachelor Mol. Biotechnologie Pharmazie Bitte prüfen Sie Ihre Klausur sofort auf Vollständigkeit (Seiten fortlaufend nummeriert von 1 bis 14, Fragen von 1 bis 12) und Lesbarkeit. Spätere Reklamationen werden nicht berücksichtigt! Viel Erfolg! Aufgabe 1 14 Punkte a) Skizzieren Sie die Struktur von weißem Phosphor. Wie groß sind die P-P-P- Winkel? (2P) 1

2 b) Geben Sie die beiden Reaktionsgleichungen für die Umsetzung von weißem Phosphor mit Sauerstoff im Unterschuss und im Überschuss an. (2 P) Unterschuß: P O 2 P 4 O 6 Überschuß: P O 2 P 4 O 10 c) Skizzieren Sie die Strukturen der gebildeten Phosphoroxide. Welche Oxidationsstufen besitzt der Phosphor darin? (6 P) P 4 O 6 Ox.stufe P = +III P 4 O 10 Ox.stufe P = +V d) Skizzieren Sie die Strukturen (Lewis-Formeln) von Phosphorsäure und phosphoriger Säure. (2P) e) Phosphate werden unter anderem als Düngemittel verwendet. Was ist Doppelsuperphosphat? Warum ist Ca 3 (PO 4 ) 2 als Dünger nicht geeignet? (2P) Doppelsuperphosphat: Ca(H 2 PO 4 ) 2 aus Ca 3 (PO 4 ) H 3 PO 4 Ca 3 (PO 4 ) 2 ist schwerlöslich 2

3 Aufgabe 2 9 Punkte a) Skizzieren Sie die Struktur des Diborans, so dass der räumliche Bau deutlich wird. Welche Hybridisierung besitzen die B-Atome? (2 P) b) Wie lauten die Wade-Mingos-Regeln für die Strukturvorhersage von closo-, nidobzw. arachno-bor-wasserstoff-clustern? (4 P) Verhältnis der Anzahl der Gerüstelektonen zur Anzahl der Gerüstatome n = Ecken im Polyeder 2 n + 2 = closo (geschlossener Polyeder) 2n + 4 = nido (eine Ecke fehlt) 2n + 6 = arachno (zwei Ecken fehlen) c) Sagen Sie mit Hilfe der Wade-Mingos-Regeln die Struktur von [B 6 H 6 ] 2 vorher. (Geben Sie dabei alle Rechenschritte ausführlich an.) (3 P) Anzahl der Gerüstelektronen: pro BH-Einheit 2e - = 6. 2 = 12 e - Anzahl der Ladungen 2 = + 2e = 14 e - 6 BH-Einheiten = 6 Ecken x = 14 x = 2 2n + 2 = closo 3

4 Aufgabe 3 6 Punkte a) Geben Sie die Summenformeln von Ortho-Periodsäure und schwefeliger Säure an. (2 P) H 5 IO 6 H 2 SO 3 b) Welche Oxidationsstufe hat Iod in der Ortho-Periodsäure? Welche Oxidationsstufe hat Schwefel in der schwefeligen Säure? (2 P) I (+VII) S (+IV) c) Geben Sie die Reaktionsgleichung für die Umsetzung von Ortho-Periodsäure mit schwefeliger Säure an. (2 P) H 5 IO H 2 SO 3 HI + 4 H 2 SO H 2 O Alternativ: H 5 IO H 2 SO 3 I H 2 SO H 2 O Oder H 5 IO 6 + H 2 SO 3 HIO H 2 SO 4 4

5 Aufgabe 4 8 Punkte a) Wieviele ungepaarte Elektronen haben Triplett-Sauerstoff und Singulett- Sauerstoff? (2 P) 3 O 2 = 2 ungepaarte Elektronen 1 O 2 = keine b) Wie wird Singulett-Sauerstoff im Labor hergestellt? Geben Sie die Reaktionsgleichung an. (2 P) H 2 O 2 + ClO - HOOCl + OH - HOOCl 1 O 2 + HCl Gesamt H 2 O 2 + ClO - 1 O 2 + HCl + OH - c) Erläutern Sie mit Reaktionsgleichung die Herstellung von Wasserstoff-Peroxid nach dem Anthrachinon-Verfahren. (3 P) d) Skizzieren Sie die Struktur von Wasserstoffperoxid, so dass der räumliche Bau deutlich wird. (1P) 5

6 Aufgabe 5 7 Punkte a) Wie wird SF 6 hergestellt? (2 P) 1/8 S F 2 SF 6 b) Welche Struktur besitzt dieses hypervalente Molekül? (2 P) c) Wofür wird SF 6 angewendet? (1 P) Dielektrikum in Hochspannungsanlagen Schutzgas für Metallschmelzen Löschmittel Elektrischer Isolator d) Erläutern Sie kurz in wenigen Sätzen, warum SF 6 stabil ist, während SH 6 nicht dargestellt werden kann. (2 P) HOMO-Orbitale am Liganden lokalisiert, bei elektronegativen Liganden (z.b. Fluor) günstiger, F elektronegativer als H 6

7 Aufgabe 6 10 Punkte a) Wie wird SO 3 in der Technik ausgehend von S 8 hergestellt? Geben Sie die Reaktionsgleichungen und den verwendeten Katalysator an. (5 P) 1/8 S 8 + O 2 SO 2 Kat SO 2 + 1/2 O 2 SO 3 Kat = V 2 O 5 b) Welche Struktur besitzt SO 3 in der Gasphase (Geben Sie die Lewis-Formel an) und im Festkörper? (3P) Gasphase: Monomer, trigonal planar Festkörper: Trimer, Sesselform a) Vergleichen Sie die Strukturen von SO 3 und TeO 3 miteinander. (2P) SO 3 im Monomer 3-fach koordiniert oder 4-fach koordiniert im Trimer (SO 3 ) 3 TeO 3 : typische Metalloxid-Struktur, eckenverknüpfte Oktaeder (6-fach Koordination) 7

8 Aufgabe 7 7 Punkte a) Perchlorate können im Labor durch Erhitzen von Chloraten hergestellt werden. Geben Sie die dazugehörige Reaktionsgleichung an. (2 P) 4 ClO 3-3 ClO Cl - b) In welcher Oxidationsstufe liegt Chlor im Perchlorat und Chlorat vor? (2 P) Perchlorat: Cl (+VII) Chlorat: Cl (+V) c) Vergleichen Sie die Strukturen von Ortho-Periodsäure und Perchlorsäure (Lewis- Formeln). (3 P) 8

9 Aufgabe 8 10 Punkte Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsgleichungen: I S 2 O I - + S 4 O 6 2- Cl OH OCl - + Cl - + H 2 O XeF H 2 O XeO HF oder Xe + 3/2 O HF PI H 2 O H 3 PO HI 2 NaBH 4 + I 2 B 2 H NaI + H 2 (in Diglyme) 9

10 Aufgabe 9 6 Punkte Die Schmelzpunkte der Aluminiumtrihalogenide AlX 3 nehmen in der Reihe AlF 3 (1290 C) > AlCl 3 (192 C) > AlBr 3 (98 C) ab. a) Welche der drei Verbindungen besitzt eine Molekülstruktur? (1 P) AlBr 3 (Dimer) b) Skizzieren Sie die Struktur von AlBr 3 bei Normalbedingungen. (2 P) c) Erklären Sie in wenigen Sätzen die Unterschiede in den Schmelzpunkten. (3 P) AlF 3 : Gitterstruktur AlCl 3 : Schichtstruktur AlBr 3 : Molekülstruktur Übergang von ionischer zu Molekül-Struktur, da Anion im stärker polarisiert wird (von Fluor zum Brom) 10

11 Aufgabe 10 4 Punkte a) Geben Sie die Summenformel von Borazin an. (1 P) B 3 N 3 H 6 b) Skizzieren Sie die Struktur von Borazin. (2 P) c) Warum wurde diese Verbindung als "anorganisches Benzol" bezeichnet. (1 P) B 3 N 3 H 6 ist isolektronisch zu C 6 H 6 (Benzol) 11

12 Aufgabe 11 6 Punkte a) Skizzieren Sie die Struktur des Cyclotriphosphazens N 3 P 3 Cl 6. (2 P) b) Wie wird Cyclotriphosphazen hergestellt? (2 P) 3 PCl NH 3 N 3 P 3 Cl HCl Alternativ: 3 PCl NH 4 Cl N 3 P 3 Cl HCl c) Wozu wird es verwendet? (2 P) Polymer beim Erhitzen ( Anorganischer Kautschuk ) 12

13 Aufgabe Punkte a) Wie wird Rohsilizium in der Technik hergestellt? Geben Sie die Reaktionsgleichungen mit Zwischenstufen an. (4 P) SiO 2 + C SiO + CO SiO + 2 C SiC + CO SiO SiC 3 Si + 2 CO Gesamt: SiO C Si + 2 CO b) Wie lässt sich das Rohsilizium mit Hilfe des Transportverfahrens reinigen? (3 P) Si + 3 HCl HSiCl 3 + H 2 HSiCl 3 : molekulare Verbindung, lässt sich abdestillieren und somit von Verunreinigungen abtrennen HSiCl 3 + H 2 Si + 3 HCl (Pyrolyse) c) Erläutern Sie kurz, wie durch Zonenschmelzen sehr reines "Halbleitersilizium" hergestellt werden kann. (2 P) Ein vorgereinigter Siliziumstab wir an einer schmalen, scheibenförmigen Zone aufgeschmolzen, die von einem Ende des Siliziumstabes zum anderen geführt wird (von oben nach unten). In der flüssigen Zone sammeln sich die Verunreinigungen und werden nach unten mitgenommen; sie können dort abgetrennt werden. 13

14 d) Geben Sie Summenformel und Struktur der einfachsten Silizium- Wasserstoffverbindung (Silan) an. (2 P) SiH 4 tetraedrisch gebaut e) Geben Sie die Reaktionsgleichung für die Umsetzung von Silan mit Sauerstoff an. (2 P) SiH O 2 SiO 2 + H 2 O 14

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