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1 0 GYMNASIUM MUTTENZ MATURITÄTSPRÜFUNGEN 2010 FACH: Chemie SPF: Biologie/Chem KLASSE/N: 4BA und 4B Examinator/Examinatorin: Experte/Expertin: Bitte lesen Sie die folgenden Hinweise sorgfältig durch bevor Sie mit dem Lösen der Aufgaben beginnen. Für jede Aufgabe benützen Sie bitte ein neues Blatt. Sie bekommen mehrere Aufgabenthemen. In jedem Thema können aber die anderen Themen vertreten sein! Lassen Sie am rechten Rand 3 cm für Korrekturen frei (mit Lineal abgrenzen). Antworten Sie in kurzen Sätzen und drücken Sie sich unmissverständlich aus. Unpräzise Antworten haben einen Punkteabzug zur Folge. Ordnen Sie Ihre Antworten eindeutig zu. Schreiben Sie nicht mit Bleistift, und streichen Sie Ungültiges vollständig durch. Ungültige Lösungsversuche von Aufgaben markieren Sie mit einem Querstrich über das ganze Blatt (keine Klammern!). Alle Lösungswege müssen vollständig und nachvollziehbar sein. Begründen Sie alle Ihre Antworten. Geben Sie, wenn immer möglich oder nötig, eine korrekte Reaktionsgleichung an, resp. korrekte Formeln und Namen der Substanzen. Ich erwarte immer Reaktionsgleichungen und / oder Strukturformeln (falls vertretbar auch Skelettformeln), falls sie für das Begründen Ihrer Aussagen wichtig /nötig sein könnten. Bei allen Berechnungen muss der Lösungsweg klar ersichtlich sein. Resultate ohne Lösungsweg zählen nicht. Bei den Zwischenschritten und Resultaten sind die richtigen Einheiten anzugeben. Unterstreichen Sie bitte alle Rechnungsresultate. Die Genauigkeit der Rechenergebnisse sollte 4 signifikante Stellen umfassen. Unleserliches wird nicht korrigiert und demzufolge auch nicht bewertet. Die Reinschrift ist oben rechts mit Namen und R zu bezeichnen. Am Ende der Prüfung sind Aufgabenblatt, Reinschrift und sämtliche Notizen ebenso wie das Tabellenheft abzugeben. Ich wünsche Ihnen viel Erfolg! Hilfsmittel: Taschenrechner mit gelöschtem Speicher Tabellen und Formeln für die Chemie Die erreichbaren Punktzahlen sind angegeben. Maximale Punktzahl: Die Note 6 erreicht man mit: Erreichte Punktzahl: Note (auf Zehntelnote gerundet): Note: 73 Pt 63 Pt..Punkte....

2 1 1 Die Siedetemperaturen isomerer Butanole (C 4 H 9 OH) betragen 82 C, 99 C, 108 C und 117 C. 1.1 Geben Sie die Skelettformeln der vier Isomere des Butanols an und benennen Sie diese nach IUPAC. (2 Pt) 1.2 Ordnen Sie begründet der niedrigsten und der höchsten Siedetemperatur das entsprechende Isomer zu. (2 Pt) 2 Die technische Herstellung der Salpetersäure (HNO 3 ) beruht auf dem Ostwald- Verfahren. Dabei wird Ammoniak (NH 3 ) am Platin-Rhodium-Katalysator bei einer Temperatur von T = 900 C mit Luftsauerstoff umgesetzt gemäss: 4 NH3 (g) + 3 O2 (g) 2 N2 (g) + 6 H2O (g); ΔRH 0 = 1267 kj mol -1 und 4 NH3 (g) + 5 O2 (g) 4 NO (g) + 6 H2O (g); ΔRH 0 = 905 kj mol -1 Für die Salpetersäureproduktion ist die Bildung von Stickstoffmonoxid erwünscht. Diese Reaktion ist nicht begünstigt, kann aber durch die Anwendung geeigneter Bedingungen so gesteuert werden, dass die Ausbeute an Stickstoffmonoxid bis zu 95 % beträgt. Diskutieren Sie die Möglichkeiten für die Steuerung dieser beiden miteinander konkurrierenden Gleichgewichtsreaktionen durch Konzentration, Druck, Temperatur und Katalysator. (4 Pt)

3 2 3 Iodgas (I 2 ) und Wasserstoffgas (H 2 ) reagieren bei 450 C miteinander zu Iodwasserstoffgas (HI). 3.1 Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und das Massenwirkungsgesetz für diese Reaktion. (1 Pt) 3.2 Die Gleichgewichtskonstante K c beträgt bei obiger Temperatur Angenommen, Sie setzen je 1 mol/l Wasserstoffgas und 1 mol/l Iodgas ein. Bedeutet dies, dass unter diesen Bedingungen mehr oder weniger als 80% des eingesetzten Iods resp. Wasserstoffs im Gleichgewichtszustand in Iodwasserstoffgas umgewandelt ist? Begründen Sie mit einer Berechnung. (2 Pt) 3.3 Die Werte der Gleichgewichtskonstanten betragen bei 356 C K c = 67 und bei 508 C K c = 40. Was bedeutet dies und worauf ist dieses Temperaturverhalten zurückzuführen? (2 Pt) 4 Der ph-wert des menschlichen arteriellen Blutes beträgt ph = 7,40 0,03. Für die Stabilität des ph-wertes im Blut und in anderen Körperflüssigkeiten sorgen mehrere Puffersysteme, z.b. Kohlensäure /Hydrogencarbonat oder Dihydrogenphosphat / Hydrogenphosphat und verschiedene Aminosäuren. Erklären Sie mit geeigneten Reaktionsgleichungen und einigen Sätzen die Wirkung eines Puffers am Beispiel des Puffersystems Dihydrogenphosphat (H 2 PO - 4 ) / Hydrogenphosphat (HPO 2-4 ). (4 Pt)

4 3 5 Berechnen Sie mit geeigneter Näherung den jeweiligen ph-wert wässriger Lösungen von Ammoniak (NH 3 ) und von Salpetersäure (HNO 3 ). Begründen Sie die Wahl der Näherungsmethode. Es wird auch erwartet, dass Sie die Näherung herleiten. Die Konzentration der Lösung sei in beiden Fällen c = 0,1 mol/l. (5 Pt) 6 10 ml einer wässrigen Essigsäure-Lösung (CH 3 COOH(aq)) der Stoffmengenkonzentration 0,1 mol/l werden mit einer Natronlauge (NaOH(aq)) der Stoffmengenkonzentration 0,01 mol/l titriert. 6.1 Berechnen Sie, wie viel Milliliter Natronlauge bis zum Äquivalenzpunkt zugegeben werden müssen. (2 Pt) 6.2 Berechnen Sie begründet den ph-wert der Lösung am Äquivalenzpunkt. (3 Pt) 7 Chlor und Natronlauge werden aus einer Natriumchloridlösung durch Elektrolyse hergestellt gemäss 2 NaCl (aq) + 2 H 2 O(l) Cl 2 (g) + 2 NaOH(aq) + H 2 (g) 7.1 Formulieren Sie die Teilgleichungen für die Oxidation und Reduktion (in verkürzter Ionenschreibweise, also ohne Zuschauer. Achten Sie aber auf die Sauerstoff- und Wasserstoffbilanz). (2 Pt) 7.2 Berechnen Sie die Tagesproduktion (Masse) an Natriumhydroxid, wenn die Elektrolyse bei einer Spannung von U = 4,5 V mit einer Stromstärke I = 100 ka durchgeführt wird und die Stromausbeute = 85 % beträgt! (2 Pt)

5 4 8 Aus den beiden folgenden Halbzellen wird eine galvanische Zelle zusammengestellt: Sn / Sn 2+ (c = 1 mol/l) und Pb / Pb 2+ (c = 0,001 mol/l) 8.1 Berechnen Sie die Potentiale der beiden Halbzellen. In welche Richtung fliessen die Elektronen? Begründen Sie. (2Pt) 8.2 Welche Spannung stellt sich ein? (1 Pt) 9 Konservendosen bestehen aus verzinntem Eisenblech, dem so genannten Weissblech. Nachdem eine Konservendose geöffnet worden ist, sollte man deren Inhalt in ein anderes Gefäss geben. Erklären Sie mit einigen Sätzen und einer Teilgleichung, warum Eingemachtes in geöffneten Konservendosen nicht längere Zeit aufbewahrt werden sollte. (3 Pt) 10 Ein häufig verwendetes Reagenz zur Oxidation von primären Alkanolen ist Kaliumdichromat (K2Cr2O7), wobei Chrom(III)-Ionen und Carbonsäuren entstehen. Entwickeln Sie die Gesamtreaktionsgleichung in verkürzter Ionenschreibweise (Redoxgleichung ohne Zuschauer ) für eine Umsetzung von Ethanol mit Kaliumdichromat zu Ethansäure und Chrom(III)-Ionen. (3 Pt) 11 Beim Fondueessen werden 250 ml Ethanol (C 2 H 5 OH, Dichte: 0,8 g/ml) verbrannt. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und berechnen Sie, wie viele Liter Kohlendioxidgas entstehen (Annahme: V = 25 L/mol). (3 Pt)

6 5 12 Phenol (C 6 H 5 OH) weist Acidität auf, kann also Protonen abgeben. Begründen Sie die Säureeigenschaft des Phenols unter Mitverwendung von Grenzstrukturformeln. (3 Pt) Phenol OH + H 2 O 13 Die Moleküle von Ethanol (CH 3 CH 2 OH) und Ethansäure (CH 3 COOH) enthalten jeweils eine Hydroxygruppe. Die beiden Verbindungen unterscheiden sich deutlich in ihrer Acidität. Erklären Sie diesen Befund. Stellen Sie dabei mesomere Strukturen durch ihre Grenzformeln dar. (3Pt) 14 Ethanol und Ethansäure können miteinander reagieren. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung, benennen Sie das organische Produkt. Erklären Sie den Ablauf der Reaktion mit einem Reaktionsmechanismus und einigen Sätzen. (4 Pt) 15 Propen dient als Rohstoff für die Herstellung des Kunststoffes Polypropen (Polypropylen). Benennen Sie den Typ der Polyreaktion und formulieren Sie einen charakteristischen Strukturformelausschnitt von Polypropylen bestehend aus mindestens 4 Monomeren. (2 Pt) 16 Beschreiben Sie Durchführung und Ergebnisse einer Reaktion zur Unterscheidung von Propan und Propen und erläutern Sie mit Sätzen das Verhalten der beiden Kohlenwasserstoffe bei diesem Experiment. (3 Pt) 17 Als Iodzahl bezeichnet man die Masse Iod in Gramm, die von 100 g eines Fettes maximal addiert werden kann. Kokosfett weist die Iodzahl 10, Olivenöl die Iodzahl 85 auf. Die genannten Fette unterscheiden sich in ihrer Konsistenz bei Raumtemperatur. Erläutern Sie diesen Befund. (4 Pt)

7 6 18 Bis 1934 wurde der Farbstoff Buttergelb zum Anfärben von Margarine verwendet: Buttergelb * N CH 3 N N CH Geben sie die Strukturformeln oder Skelettformeln der organischen Ausgangsstoffe zur Synthese dieses Farbstoffs an, formulieren Sie die Reaktionsgleichungen für die wesentlichen Schritte der Synthese und benennen Sie diese Schritte. (4 Pt) 18.2 Die Bezeichnung Buttergelb weist auf die Eigenfarbe der Verbindung hin. Diskutieren Sie an diesem Beispiel ausführlich den Zusammenhang zwischen Molekülstruktur und Farbigkeit! Grenzstrukturformeln sind nicht erforderlich. Verwenden Sie Fachbegriffe. (2 Pt) 18.3 Im Labor wird in das Molekül an der mit * gekennzeichneten Position eine antiauxochrome Gruppe eingeführt. Erklären Sie unter Zuhilfenahme geeigneter Strukturformeln den Einfluss der von Ihnen gewählten Gruppe auf die Farbigkeit des Stoffes. (2 Pt) 19 Die Änderungen der Enthalpie und Entropie beeinflussen den Ablauf einer chemischen Reaktion. Nehmen Sie diesbezüglich Stellung für die Reaktion, die bei der Fotosynthese abläuft. Erläutern Sie mit einer Reaktionsgleichung und einigen Sätzen, unter welchen Bedingungen dieser Prozess ablaufen kann. (3 Pt)

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