Teilnehmer/in:... Matrikel-Nr.:...

Transkript

1 Abschlussklausur Allgemeine und Anorganische Chemie Teil 1 (Modul BGEO1.3.1 Anorganische und Allgemeine Chemie für Geologen, Geophysiker und Mineralogen) Teilnehmer/in:... MatrikelNr.: Sie sollen eine wässrige Lösung von Chlorwasserstoff (also Salzsäure) herstellen, die 0,1 molar an H Ionen ist (also 0,1 Mol H Ionen pro Liter enthält). Wie viel g HCl müssen Sie dazu für 1 L Lösung verwenden? (rel. Atommassen: H: 1 g/mol, Cl: 35,5 g/mol) Stellen Sie zuerst die Dissoziationsgleichung dafür auf:... HCl... H... Cl 1 35,5 = 36,5; 36,5*0,1 = 3,65 g HCl Wenn Sie eine entsprechende Lösung, die wiederum 0,1 molar an H Ionen sein soll, durch Verdünnen von Schwefelsäure H2SO 4 herstellen sollen, wie viel g H2SO 4 müssen Sie dann für 1 L Lösung verwenden? (rel. Atommassen: H: 1 g/mol, O: 16 g/mol, S: 32 g/mol) 2*1324*16 = 98; 98*0,1/2 = 4,90 g H2SO 4 (pro 1H2SO 4 werden ja 2H erzeugt!) 1 Wie groß ist der phwert dieser Lösung? 0,1 Mol H pro L (= 10!) ph = 1 Wenn Sie die entsprechende Lösung (also 0,1 molar an H Ionen) durch Verdünnen von Phosphorsäure H3PO 4herstellen wollen, dann werden Sie keinen Erfolg haben, wenn Sie einfach 1/3 Mol H3PO 4 zu 1 Liter Lösung mit Wasser auffüllen. Warum ist das im Gegensatz zu HCl und H SO bei H PO so? H3PO 4 ist eine mittelstarke/schwache Säure, die nicht vollständig dissoziiert, also auch nicht 3H freisetzt!

2 2. Kohlenstoff C ist das erste Element der IV. Hauptgruppe des Periodensystems. Die zwei wichtigsten Oxide des Kohlenstoffes sind (Formeln angeben!): a) CO2 und b) CO Geben Sie mögliche Valenzstrichformeln für das Kohlenmonoxid an (drei sind sinnvoll möglich!) und diskutieren Sie die Valenzstrichformel(n) aus der Sicht allgemeiner chemischer Gesetzmäßigkeiten: C O Oktettregel bei beiden Atomen (aus der 1. Achterperiode!) erfüllt C mit niedrigerer Elektronegativität hat O e weggenommen C=O CO Oktettregel nur für O erfüllt keine Ladungen Oktettregel nur für O erfüllt Ladungen diesmal entsprechend Elektronegativität Geben Sie einen (den!) chemischen Grund dafür an, dass C ein Nichtmetall ist, obwohl es in der Modifikation Graphit durchaus metallische Eigenschaften besitzt: CO 2 ist das Anhydrid der Kohlensäure (typisch für Nichtmetalloxide) Nennen Sie ein paar von den metallischen Eigenschaften des Graphits: metallischer Glanz guter elektrischer Leiter guter Wärmeleiter

3 3. Geben Sie die (vollständige) Valenzelektronenkonfiguration für die folgenden Elemente an und leiten Sie daraus die jeweils niedrigste und höchste praktisch erreichte (!) formale (!) Oxidationsstufe ab und geben Sie dafür je ein Beispiel an! (Damit Sie wissen, wie die Frage gemeint ist, hier die Antwort für Fluor F: 2 5 2s 2p ; 1 im F ; 0 im F 2 (keine positiven Oxidationsstufen möglich! Element mit der höchsten Elektronegativität)) N 2 3 2s 2p 3 im NH 3 5 in HNO 3 P s 3p 3d 3 im PH 3 5 in H PO 3 4 Begründen Sie, warum N in der Salpetersäure HNO 3 (formale Oxidationsstufe 5) nur 4 Bindungen ausbilden kann, während P in der Phosphorsäure H3PO 4(bei gleicher formaler Oxidationsstufe) 5 Bindungen ausbilden kann: N hat in Valenzschale 1*s und 3*pOrbitale, deshalb (nur) 13=4 Bindungen möglich, P hat in Valenzschale 1*s, 3*p und zusätzlich 5*dOrbitale, deshalb auch 5 Bindungen möglich

4 4. Vielleicht ist Ihnen auch schon einmal aufgefallen, dass einige der Reagenzienflaschen aus dem Ihnen zur Verfügung gestellten Flaschensatz nach einiger Zeit im Schrank einen pelzigen Besatz von NH4Cl bekommen haben, der durch die Reaktion von HCl (aus der konz. Salzsäure) und NH (aus der konz. NH Lösung) gemäß HCl NH 3 NH4Cl 3 3 entsteht. Wenn Sie diesen Pelz vermeiden wollen, dann sollten Sie 1. Ihre Tropfflaschen immer gut verschlossen halten, Sie können aber 2. auch durch die Positionen der beiden Flaschen in Ihrem Flaschenregal dafür sorgen, dass es nicht zu dieser Bildung von NH4Cl kommen kann. Sollten Sie a) NH 3 oben und HCl unten, b) beide auf gleicher Höhe, aber eine ganz rechts, die andere ganz links, c) NH 3 unten und HCl oben abstellen oder d) ist das völlig gleichgültig, weil das ohnehin immer passiert? (Richtige Antworten unterstreichen, falsche Antworten durchstreichen!) Begründen Sie Ihre Entscheidung! Und falls Ihnen das etwas hilft, dann sind hier die rel. Atommassen: H: 1 g/mol, N: 14 g/mol, Cl: 35,5 g/mol NH 3 mit Molmasse 17 g/mol ist leichter als Luft, HCl mit Molmasse 36,5 g/mol ist schwerer als Luft, also steigt NH 3 nach oben, während HCl nach unten sinkt. Um ein Zusammentreffen und die daraus folgende Reaktion zu verhindern, stelle man NH 3 hoch und HCl nach unten aber weit auseinander geht auch.

5 5. Sie sollen in einer qualitativen chemischen Analyse NH 4 nachweisen. Beschreiben Sie stichpunktartig, wie Sie dazu vorgehen: feste Analysensubstanz auf Uhrglasschale (oder Mikrogaskammer), mit NaOH (starke Lauge!) versetzen, zweites Uhrglas umgekehrt darüber, in dem sich angefeuchteter UNITESTPapierstreifen befindet Blaufärbung / Geruch zeigt NH, also NH in Analyse an 3 4 Welches chemische Grundprinzip liegt diesem Nachweis zugrunde? Starke/stärkere Lauge verdrängt schwächere Lauge aus ihren Salzen Gibt es ein entsprechendes Grundprinzip auch bei Säuren? JA / NEIN Wenn ja, bei welcher Nachweisreaktion wenden Sie dieses (dann entsprechend auch für Säuren geltende) Grundprinzip an? Nachweis von Carbonaten CO 2 3 Warum sollen Sie vor den Anionennachweisen die entsprechenden Lösungen immer ansäuern? um Carbonate (z.b. aus dem Sodaauszug) in der Lösung zu zerstören, da sonst auch die schwerlöslichen Carbonate Ag2CO 3 (beim ChloridNachweis) und/oder BaCO 3 (beim SulfatNachweis) entstehen SiO 2 (und auch die meisten Silikate) sind in der qualitativen Analyse nur schwierig nachzuweisen, weil sie erst einmal in eine lösliche Verbindung gebracht werden müssen. Würden Sie SiO eher 2 a) mit einer starken Säure oder b) mit einer starken Lauge auflösen? Begründen Sie Ihre Entscheidung! SiO 2 ist ein Nichtmetalloxid, bildet also (im Prinzip) eine Säure, die natürlich mit einer Lauge zu den entsprechenden (besser in Wasser löslichen) Salzen reagiert Silikate (Salze der Kieselsäure einer schwachen Säure!) starke Säure: dabei entsteht bestenfalls SiO 2, das aber in Wasser kaum löslich ist (nur mit HF und H PO könnte es gehen) 3 4

6 6. Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsgleichungen und kennzeichnen Sie die (formalen) Oxidationsstufen der an der Redoxreaktion beteiligten Elemente, die Gleichungen für die Teilreaktionen Oxidation und Reduktion sowie die Zahl der jeweils ausgetauschten Elektronen: z.b.: 1e ± Cl 2... H2O... HCl... HOCl 1e Wenn Sie einen CuSpan mit verdünnter HNO 3 versetzen, dann passiert (im Gegensatz zur Reaktion von Zn mit verd. HNO ) nichts, warum? Cu ist ein (halb)edles Metall, wird nicht durch H oxidiert 3 Wenn Sie einen CuSpan mit konz. HNO 3 versetzen, dann gibt es eine Reaktion, was daran sichtbar ist, dass ein braunes Gas entsteht und die ursprünglich farblose Lösung sich blau färbt (, weil sich das im ersten Reaktionsschritt gebildete CuO in HNO auflöst): 3 ±0 2e 2 HNO... Cu... CuO 2 NO 2... HO 2 5 2*1e Bei der Reaktion von MnO 4 (Permanganat) mit H2O 2 in saurer Lösung treffen zwei (starke) Oxidationsmittel aufeinander. Bei der Reaktion entfärbt sich die (dunkel) violette Lösung, und es entsteht unter anderem O : 2 2*5e ±0 MnO 5 HO H 2 2 Mn 8 H2O 5 O 2 5*2*1e 2 4 Was ist (in saurer Lösung) das stärkere Oxidationsmittel: MnO 4 oder H2O 2? MnO 4, weil es reduziert wird

7 7. Stellen Sie (vollständige) Valenzstrichformeln für die folgenden Verbindungen auf (jeweils für Normalbedingungen, also Raumtemperatur und Normaldruck). Geben Sie die Zahl der und der Bindungen an und charakterisieren Sie den räumlichen Aufbau des Moleküls: CO2 O=C=O 2 2 Bindungen, linear SO2 O=S=O 2 2 Bindungen, gewinkelt eben (freies epaar) SiO 2 4 Bindungen, O tetraedrisch OSiO O S 8 SS 8 Bindungen, (kronenförmiger) Ring S S S S S S