Hinweise für den Schüler

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1 Abitur 2000 Chemie Lk Seite 1 Hinweise für den Schüler Aufgabenauswahl: Von den 2 Prüfungsblöcken A und B ist einer auszuwählen. Bearbeitungszeit: die Die Arbeitszeit beträgt 300 Minuten, zusätzlich stehen 30 Minuten für Wahl des Prüfungsblockes zur Verfügung. Hilfsmittel: nicht programmierbarer Taschenrechner Tafelwerk, das an der Schule verwendet wird Duden oder ein Nachschlagewerk zur Neuregelung der deutschen Rechtschreibung Sonstiges: Die chemische Zeichensprache und die chemischen Gesetzmäßigkeiten sind in angemessener Form anzuwenden, auch wenn es die Aufgabenstellung nicht unmittelbar fordert. Die Lösungen sind in sprachlich einwandfreier Form darzustellen. Bei Berechnungen ist die Anlage zu nutzen. Der Lösungsweg muß erkennbar sein. zu Die Ergebnisse der Berechnungen sind in einem sinnvollen Antwortsatz formulieren. Benötigte Chemikalien und Geräte sind schriftlich anzufordern. Entwürfe können ergänzend zur Bewertung nur herangezogen werden, wenn sie zusammenhängend konzipiert sind und die Reinschrift etwa Dreiviertel des erkennbar angestrebten Gesamtumfanges entspricht.

2 Abitur 2000 Chemie Lk Seite 2 Block A 1. Chemische Reaktionen laufen in geschlossenen Systemen prinzipiell nicht vollständig ab. In einer Gleichgewichtsreaktion wird Butansäure mit Ethanol verestert. 1.1 Formulieren Sie die Reaktionsgleichung mit Strukturformeln und benennen Sie den Ester! 1.2 Erläutern Sie, wie man experimentell feststellen kann, dass sich allmählich ein Gleichgewicht einstellt! 1.3 Geben Sie zwei Möglichkeiten an, wie das Gleichgewicht im Hinblick auf eine größere Esterausbeute beeinflußt werden kann und begründen Sie diese! 2. Das rote Anthracenpikrat (AP) zerfällt beim Lösen in Chloroform in die gelbe Pikrinsäure (P) und das farblose Anthracen (A). Dafür gilt folgende stark vereinfachte Reaktionsgleichung: AP A + P 2.1 Bestimmen Sie die Konzentration aller Reaktionspartner im Gleichgewicht, wenn 0,002 mol Anthracenpikrat in 20 ml Chloroform gelöst wurden! Die Gleichgewichtskonstante beträgt 0,163 mol l Das entstandene Gemisch wird nach Einstellung des Gleichgewichts mit Chloroform auf das 10fache Volumen verdünnt. Diskutieren Sie unter Nutzung des MWG die Änderungen der Konzentrationen von AP, A und P! 3. Es soll eine Pufferlösung mit dem phwert 4 hergestellt werden. Zur Verfügung stehen Lösungen von Ethansäure und Natriumacetat. 3.1 Ermitteln Sie das dazu nötige Konzentrationsverhältnis von AcetatIonen und Essigsäure! 3.2 Erläutern Sie unter Nutzung der chemischen Zeichensprache, welche besonderen Eigenschaften diese Pufferlösung im Vergleich zu reiner Essigsäure oder Natriumacetatlösung besitzt! 4. Kupfer gehört auf Grund seiner Eigenschaften zu den wichtigsten technisch genutzten Metallen. 4.1 Erläutern Sie das Wesen der Metallbindung! Zeigen Sie an zwei typischen Eigenschaften der Metalle die Beziehungen zur Struktur! 4.2 Bei der Kupfergewinnung auf nassem Wege kann das Kupfer durch Eisenschrott aus Kupfer(II)sulfatlösung abgeschieden werden. Berechnen Sie die Masse an Eisenschrott, die mindestens erforderlich ist, um aus 10 m³ Lösung mit einem Kupfergehalt von 1,12 g l 1 das Kupfer elektrochemisch zu fällen! Dabei soll angenommen werden, dass der Schrott 90 % elementares Eisen enthält und dass bei der Reaktion nur Eisen(II)ionen entstehen. 7 BE 7 BE 6 BE 13 BE

3 Abitur 2000 Chemie Lk Seite Rohkupfer enthält % Kupfer und als Verunreinigung vor allem Eisen, Zink, Nickel, Silber und Gold. Die Abtrennung dieser und anderer Metalle ist durch Elektrolyse bei einer Spannung von 0,3 V möglich, wobei das Rohkupfer als Anode geschaltet wird. Erläutern Sie die hierbei ablaufenden Vorgänge! 4.4 Berechnen Sie, wie lange elektrolysiert werden muss, um bei einer Stromstärke von I = A eine Masse von m = 10 kg Kupfer abzuscheiden! Die Stromausbeute soll 85% betragen. 5. Viele Nebengruppenelemente treten in verschiedenen Oxidationsstufen auf. 12 BE 5.1 Oxalsäure reagiert mit schwefelsaurer Kaliumpermanganatlösung unter Bildung von Kohlendioxid. Dabei entfärbt sich die schwefelsaure Lösung. Stellen Sie über Teilgleichungen die Reaktionsgleichung in verkürzter Ionenschreibweise auf! 5.2 Experiment: Verteilen Sie die vorliegende Eisen(III)chloridlösung auf zwei Reagenzgläser! Versetzen Sie eine der beiden Lösungen mit einer Spatelspitze Eisenfeilspäne! Schütteln Sie das Reagenzglas etwa eine Minute, und warten Sie, bis sich die Eisenfeilspäne abgesetzt haben! Notieren Sie Ihre Beobachtungen! Erklären Sie mit Hilfe von Teilgleichungen die Beobachtung! 5.3 Entwickeln Sie eine Experimentieranordnung (beschriftete Skizze), die geeignet wäre, das Potential dieser Reaktion bei Standardbedingungen zu messen! 6. Während der Silvesternacht 1989/90 erkletterten Feiernde die Quadriga des Brandenburger Tores. Fast hätte dieser Akt des Übermutes für die Menschen ein tragisches Ende genommen, denn die Stützkonstruktion der Quadriga war aus unlegiertem Stahl und stand in einer Kupferwanne, in welcher sich Regenwasser gesammelt hatte. 6.1 Welche Gefahr bestand? Legen Sie den Sachverhalt unter Verwendung von Reaktionsgleichungen dar! 6.2 Die Quadriga wurde 1990 im Museum für Verkehr und Technik überholt. Erläutern Sie zwei verschiedene Methoden, die man außer einem Anstrich hätte anwenden können, um der Stützkonstruktion eine lange Lebensdauer zu garantieren! 7. Gegeben sind folgende Stoffe: a) Propan b) Tetrachlorethen c) 5Aminohexansäure d) 2Hydroxypropansäure. 7.1 Geben Sie an und begründen Sie, welche der Verbindungen sich für die Herstellung makromolekularer Stoffe eignen würden! 7.2 Formulieren Sie für zwei der genannten Stoffe die Gesamtgleichung für die Bildung des makromolekularen Stoffes! Wählen Sie dabei verschiedene Reaktionstypen! Nennen Sie zwei Unterschiede im Reaktionsverlauf! 7.3 Wie müssen Monomere aufgebaut sein, aus denen Makromoleküle mit duroplastischen Eigenschaften entstehen können? Geben Sie ein solches Monomer mit Formel und Namen an! 5 BE 10 BE (5 BE)

4 Abitur 2000 Chemie Lk Seite 4 Block B 1. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist ein entscheidendes Kriterium für die Wirtschaftlichkeit eines chemischtechnischen Verfahrens. 1.1 Skizzieren und beschreiben Sie die Durchführung eines Experiments, mit dem der zeitliche Verlauf einer chemischen Reaktion verfolgt werden kann! 1.2 Geben Sie an dem Beispiel von 1.1 zwei Möglichkeiten an, wie ohne Einsatz eines Katalysators die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht werden kann! Begründen Sie! 1.3 Bei der Abgasreinigung mit einem Dreiwegekatalysator wird das Stickstoffmonoxid am Rhodiumkontakt durch im Abgas enthaltenes Kohlenstoffmonoxid reduziert. Formulieren Sie hierzu eine Reaktionsgleichung, und erläutern Sie an diesem Beispiel die Wirkung eines Katalysators! Skizzieren Sie den energetischen Verlauf einer katalysierten und einer nicht katalysierten Reaktion! 2. In einem Industrielabor wurde die exotherm verlaufende Ammoniaksynthese zu Versuchszwecken in einem Stahltank mit einem Volumen von 20 Litern bei 1000 K durchgeführt. 2.1 Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante K C für den Fall, dass der Tank nach Einstellung des Gleichgewichts 7,2 mol Ammoniak, 60 mol Wasserstoff und 40 mol Stickstoff enthielt! 2.2 Die Versuchsbedingungen aus 2.1 werden variiert. Der Versuch wird einmal bei gleichem Druck, aber tieferer Temperatur, ein andermal wieder bei 1000 K, aber höherem Druck durchgeführt. Geben Sie an, wie sich bei diesen Versuchen die Ausbeute an Ammoniak ändert und wie eine Temperaturerniedrigung den K C Wert beeinflußt! Begründen Sie Ihre Aussagen! 2.3 Zur Bestimmung von Ammoniakkonzentrationen wird das Ammoniakgas in Wasser geleitet und die Lösung mit Schwefelsäure titriert. Zur Titration von 100 ml einer Ammoniaklösung werden 1,7 ml einer Schwefelsäure, c = 0,01 mol l 1, verbraucht. Berechnen Sie die Konzentration der Ammoniaklösung! 10 BE (5 BE) 8 BE 3. Hydrazin (Diamid, N 2 H 4 ) wird als Raketentreibstoff verwendet. 14 BE 3.1 Wird das Hydrazin mit Sauerstoff umgesetzt, entstehen Stickstoff und Wasserdampf. Die Bildungsenthalpie von Hydrazin kann experimentell nicht direkt er mittelt werden. Berechnen Sie diese aus den Verbrennungsenthalpien von Hydrazin ( V H m = 534,4 kj mol 1 ) und von Wasserstoff ( V H m = 242 kj mol 1 )! 3.2 Hydrazin kann als Treibstoff auch mit Distickstofftetraoxid zur Reaktion gebracht werden, wobei ebenfalls Stickstoff und Wasserdampf entstehen. Berechnen Sie die Reaktionsenthalpie, wenn die Ausgangsstoffe im stöchiometrischen Verhältnis vorliegen und ihre Gesamtmasse m = 1 kg beträgt!

5 Abitur 2000 Chemie Lk Seite Für einen Raketentreibstoff ist die bei der Verbrennung geleistete Volumenarbeit besonders wichtig. Entscheiden und begründen Sie, welche der unter 3.1 und 3.2 genannten Reaktionen in dieser Hinsicht bei gleichen Temperatur und Druckverhältnissen günstiger ist! Alle beteiligten Stoffe sollen als Gase betrachtet werden! 3.4 Erläutern Sie an der Reaktion aus 3.2 die Triebkräfte einer chemischen Reaktion! Gehen Sie dabei auf drei Möglichkeiten ein, unter denen eine chemische Reaktion exergonisch verlaufen kann! (5 BE) 4. Salpetersäure ist eine der wichtigsten anorganischen Grundchemikalien. 13 BE 4.1 Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Protolyse von Salpetersäure mit Wasser! Erläutern Sie anhand dieser Gleichung die SäureBaseTheorie von Brönsted! 4.2 Konzentrierte Salpetersäure dient als sogenanntes Scheidewasser zur Trennung (1 BE) von Gold und Silber. Unter Bildung von Stickstoffmonoxid aus Salpeter säure wird dabei Silber gelöst. Formulieren Sie hierzu eine Reaktionsgleichung in Ionenschreibweise! 4.3 Eine Salpetersäure, die schon mehrfach zur Prüfung von metallischen Gegenständen benutzt wurde, enthält u. a. die Teilchen Ag +, NO 3, H 3 O + in den Konzentrationen c(ag + ) = 1 mol l 1, c(no 3 ) = 1 mol l 1, c(h 3 O + ) = 0,001 mol l Berechnen Sie, ob diese Lösung geeignet ist, elementares Silber aufzulösen! Hinweis: Die Konzentrationen von Gasen und Wasser bleiben unberücksichtigt Überprüfen Sie, ob sich Silber bei einem phwert von 1 auflösen würde! 4.4 Silbernitratlösung wurde mit zwei Kupferelektroden elektrolysiert. Nach 10 Minuten haben sich an der Kathode 420 mg Silber abgeschieden und die Lösung färbte sich blau. Berechnen Sie die Stromstärke, mit der elektrolysiert wurde, und die Massenveränderung an der Anode! 5. Ein häufiges Kohlenhydrat im Pflanzenreich ist die Saccharose. 9 BE 5.1 Geben Sie die Strukturformel des Saccharosemoleküls an oder beschreiben Sie dessen Aufbau! 5.2 Experiment: Sie erhalten 4 ml Saccharoselösung. Halbieren Sie die Lösung! Geben Sie zur einen Hälfte Fehlingsche Lösung und erwärmen Sie diese etwa 3 Minuten im Wasserbad! Zum anderen Teil der Lösung geben Sie etwa 1 ml verdünnte Salzsäure und erhitzen diesen etwa 5 Minuten ebenfalls im Wasserbad! Nach dem Abkühlen wird Natronlauge hinzugefügt bis die Lösung basisch reagiert! Führen Sie hier ebenfalls die Fehlingsche Probe durch! Erklären Sie die Beobachtungen! (7 BE) 6. In Abhängigkeit von der Struktur zeigen auch ringförmige Kohlenwasserstoffe 6 BE ein unterschiedliches Verhalten. 6.1 Beschreiben Sie die Struktur des Benzolmoleküls! 6.2 Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen mit Strukturformeln für die Reaktionen von jeweils 1 mol Brom mit a) 1 mol Benzol, b) 1 mol Cyclohexan und c) 1 mol Cyclohexen!

6 Abitur 2000 Chemie Lk Seite 6 Standardelektrodenpotentiale Element/Verbindung oxidierte Form reduzierte Form E in V Blei Pb 2+ (aq) + 2 e Pb (s) 0,13 PbO 2(s) + 4 H + (aq) + 2 e Pb H 2 O 1,46 Chlor Cl 2(g) + 2 e 2Cl (aq) 1,36 Eisen Fe 2+ (aq) + 2 e Fe (s) 0,41 Fe 3+ (aq) + e Fe 2+ (aq) 0,77 Kupfer Cu 2+ (aq) + 2 e Cu (s) 0,35 Mangan MnO 4 (aq) + 8 H + (aq) + 5 e Mn 2+ (aq) + 4 H 2 O (l) 1,51 Natrium Na + (aq) + e Na (s) 2,71 Nickel Ni 2+ (aq) + 2 e Ni (s) 0,23 Sauerstoff O 2 (g) + 2 H 2 O (l) + 4 e 4 OH (aq) 0,40 O 2 (g) + 4 e + 4 H + (aq) 2 H 2 O (l) 1,23 Silber Ag + (aq) + e Ag (s) 0,80 Stickstoff NO 3 (aq) + 4 H + (aq) + 3 e NO (g) + 2 H 2 O (l) 0,96 Wasserstoff 2 H + (aq) + 2 e H 2(g) 0,00 2 H 2 O (l) + 2 e H 2(g) + 2 OH (aq) 0,83 Zink Zn 2+ (aq) + 2 e Zn (s) 0,76 Hinweis: Die Elektrodenpotentiale sind alphabetisch nach Elementen geordnet. Thermodynamische Daten Formel Zustand molare Standard Bildungsenthalpie B H 0 m in kj. mol 1 molare Standardentropie S 0 m in J. K 1. mol 1 Ammoniak NH 3 g Chlor Cl 2 g Chlorwasserstoff HCl g Distickstofftetraoxid N 2 O 4 g Ethanol C 2 H 5 OH g HydroniumIonen H 3 O + aq HydroxidIonen OH aq Kohlendioxid CO 2 g Kohlenmonoxid CO g Methan CH 4 g Nonan C 9 H 20 l Salpetersäure HNO 3 l Sauerstoff O 2 g Schwefeldioxid SO 2 g Schwefeltrioxid SO 3 g Stickstoffdioxid NO 2 g Wasser H 2 O g Wasser H 2 O l Wasserstoff H 2 g WasserstoffIonen H + aq 0 0

7 Abitur 2000 Chemie Lk Seite 7 Säurekonstanten und Basekonstanten bei 22 C Formel der Säure Säurekonstante K S in mol l 1 Formel der Base Basekonstante K B in mol l 1 HCl 1, O 2 1, H 2 SO 4 1, NH 2 1, H 3 O + 5, OH 5, HNO 3 2, PO 4 4, HSO 4 1, CO 3 2, H 3 PO 4 7, NH 3 1, CH 3 COOH 1, HPO 4 1, H 2 CO 3 3, HCO 3 3, H 2 PO 4 6, CH 3 COO 5, NH 4 5, H 2 PO 4 1, HCO 3 4, SO 4 8, HPO 4 2, H 2 O 1, H 2 O 1, Cl 1, Löslichkeitsprodukte bei 25 C Name Formel Zahlenwert Einheit Bariumsulfat BaSO mol 2 l 2 Calciumphosphat Ca 3 (PO 4 ) mol 5 l 5 Calciumsulfat CaSO mol 2 l 2 Eisen(II)sulfid FeS mol 2 l 2 Kupfer(II)sulfid CuS mol 2 l 2 Magnesiumhydroxid Mg(OH) mol 3 l 3 Silberbromid AgBr mol 2 l 2 Silberchlorid AgCl mol 2 l 2 Silberiodid AgI mol 2 l 2 Normbedingungen: T n = 273 K; p n = 101,3 kpa HendersonHasselbalchGleichung: c(h O ) = K c(ha) + 3 S c(a ) 1 phwert mittelstarker bis sehr schwacher Säuren: ph ( pk s lg{ c0[ HA]}) 2 m(ho 2 ) c(ho) p 2 T molare Reaktionsenthalpie (Kalorimetergleichung): RH m = n 1 1 c (H O) = 4,19 J K g p 2 Faradaysches Gesetz: I t n F z FaradayKonstante: F 9,65 10 A s mol NernstGleichung: E E 0 0,059 V 4 1 lg c (Ox) oder E E 0 0,059 V lg c (Me z+ ) z c(red) z GibbsHelmholtzGleichung: G H T S