* Die Gesamtnote im Bereich Naturwissenschaften setzt sich aus den Noten in den drei Prüfungsteilen (Biologie, Chemie, Physik) zusammen.

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1 Eidgenössisches Departement des Innern EDI Schweizerische Maturitätskommission SMK Schweizerische Maturitätsprüfung Prüfung gemäss neuem Recht (Prüfungsverordnung, Stand am 1. Januar 2012) Grundlagenfach Chemie Kand.-Nr. Name / Vorname Für die Korrigierenden Korrigierender... erreichte Punktzahl... Note..... Prüfung gemäss altem Recht (Prüfungsverordnung, Stand am 1. November 2011) Grundlagenfach Naturwissenschaften*, Kand.-Nr. Name / Vorname Für die Korrigierenden Korrigierender... erreichte Punktzahl. Note *... (auf Zehntelnote gerundet).. * Die Gesamtnote im Bereich Naturwissenschaften setzt sich aus den Noten in den drei Prüfungsteilen (Biologie, Chemie, Physik) zusammen. Verfasser: Richtzeit: Hilfsmittel: Hinweise: R. Guenin, J. Lipscher, S. Steiner 80 Minuten Formelsammlung und Taschenrechner gemäss Vorgaben SMK Beachten Sie unbedingt auf Seite 2 die Hinweise zu den Lösungen

2 Hinweise: 1. Die Antworten sind direkt auf die Aufgabenblätter zu schreiben. 2. Bei Berechnungen muss der Lösungsweg ersichtlich sein. Das Ergebnis darf nicht mehr als 5 % vom richtigen Wert abweichen. 3. Fassen Sie sich kurz. Unpräzise Antworten ergeben nicht die ganze Punktzahl. 4. Unleserliches wird nicht korrigiert und demzufolge auch nicht bewertet. 5. Die erreichbaren Punktzahlen sind angegeben. 6. Zur Erreichung der Note 6 müssen nicht alle Aufgaben vollständig gelöst werden. Punktemaximum: 39,5 Punkte Und nun wünschen wir Ihnen viel Erfolg! Gedruckt am Seite 2 von 16

3 1) Sind die folgenden Behauptungen richtig oder falsch? Kreuzen Sie die korrekte Antwort an. Ohne. 2 P Behauptung richtig falsch Die Atommasse von Sauerstoff ist gleich gross wie die [ ] [ ] Molekülmasse von Methan. Die räumliche Gestalt eines Ammoniakmoleküls ist trigonal-planar [ ] [ ] (ebenes Dreieck). Die Reaktion von Methan mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid [ ] [ ] und Wasser ist ein Redoxvorgang. Die Reaktion von Methan mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser ist ein endothermer Vorgang. [ ] [ ] 2) Ordnen Sie die folgenden Elemente den unten stehenden Eigenschaften zu. Beachten Sie bitte, dass mehrere Elemente einer Eigenschaft zugeordnet werden können und dass es auch Elemente geben kann, welche keiner Eigenschaft zugeordnet werden können. Es ist auch möglich, dass es Eigenschaften geben kann, denen kein Element zugeordnet werden kann. 2,5 P Aluminium (Al), Brom (Br), Fluor (F), Francium (Fr), Helium (He), Lithium (Li), Neon (Ne), Phosphor (P), Sauerstoff (O), Silizium (Si), Stickstoff (N), Wasserstoff (H) Das Element mit der höchsten Elektronegativität. Das Element, welches die kleinste Atommasse aller Elemente mit metallischem Charakter aufweist. Das chemisch reaktivste Element in der ersten Gruppe des Periodensystems. Das Element, welches dem Element Stickstoff chemisch am ähnlichsten ist. Ein Element, welches zu den Halbmetallen gehört. Gedruckt am Seite 3 von 16

4 3) Geben Sie an, in welcher chemischen Eigenschaft sich die folgenden beiden Stoffe deutlich unterscheiden. Geben Sie den Namen und die vollständige Reaktionsgleichung einer chemischen Reaktion an, welche mit dem einen Stoff abläuft, mit dem anderen Stoff hingegen nicht bereitwillig abläuft oder gar nicht ablaufen kann. Verwenden Sie für die Reaktionsgleichung die Lewisformeln (einschliesslich aller nichtbindender Elektronenpaare) der beteiligten Stoffe. a) 1,5 P Stoffe Methan und Methanol Name der Reaktion Reaktionsgleichung b) 1,5 P Stoffe Methan und Ammoniak Name der Reaktion Reaktionsgleichung c) 1,5 P Stoffe Ethan und Ethen Name der Reaktion Reaktionsgleichung Gedruckt am Seite 4 von 16

5 4) Entscheiden Sie, ob die folgenden Behauptungen richtig oder falsch sind und begründen Sie Ihre Antwort. 3 P Behauptung Die Anzahl Wasserstoffmoleküle in 10 g elementarem Wasserstoff ist die gleiche, wie die Anzahl Stickstoffmoleküle richtig [ ] falsch [ ] in 10 g elementarem Stickstoff. Behauptung Die Anzahl Wasserstoffmoleküle in 10 mol elementarem Wasserstoff ist die gleiche, wie die Anzahl Stickstoffmoleküle in 10 mol elementarem Stickstoff. richtig [ ] falsch [ ] Behauptung Die Stoffmenge von 10 mol elementarem Stickstoff hat die gleiche Masse wie die Stoffmenge von 10 mol elementarem Wasserstoff. richtig [ ] falsch [ ] Gedruckt am Seite 5 von 16

6 5) Betrachten Sie die unten stehenden Reaktionsdiagramme und beantworten Sie die folgenden Fragen. a) Welche der obigen Reaktionsdiagramme entspricht der am stärksten exothermen Reaktion (bei welcher exothermen Reaktion ist der umgesetzte Energiebetrag am grössten)? Kreuzen Sie die richtige Antwort an und begründen Sie Ihre Antwort. 1,5 P Reaktion Nr. 1 [ ] Nr. 2 [ ] Nr. 3 [ ] Nr. 4 [ ] Nr. 5 [ ] Nr. 6 [ ] Nr. 7 [ ] b) Welche der obigen Reaktionsdiagramme entsprechen endothermen Reaktionen? Kreuzen Sie die richtige Antwort(en) an und begründen Sie Ihre Antwort. 1,5 P Reaktion Nr. 1 [ ] Nr. 2 [ ] Nr. 3 [ ] Nr. 4 [ ] Nr. 5 [ ] Nr. 6 [ ] Nr. 7 [ ] Gedruckt am Seite 6 von 16

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8 c) Welche der obigen Reaktionsdiagramme entspricht einer exothermen Reaktion, welche man durch den Einsatz eines Katalysators am stärksten beschleunigen könnte? Kreuzen Sie die richtige Antwort an und begründen Sie Ihre Antwort. 1,5 P Reaktion Nr. 1 [ ] Nr. 2 [ ] Nr. 3 [ ] Nr. 4 [ ] Nr. 5 [ ] Nr. 6 [ ] Nr. 7 [ ] 6) Pentankanone a) Die Pentankanone besteht aus einem Rohr, welches eine Funkenquelle enthält. Sie wird mit Sauerstoffgas und flüssigem Pentan gefüllt, mit einem Gummistopfen zugeschlossen und danach abgefeuert. Das Rohr hat ein Volumen von 0,030 Liter. Wie viel Gramm Pentan muss für eine vollständige Verbrennung in die Kanone eingefüllt werden, wenn Sie zuerst vollständig mit Sauerstoff gefüllt wird? Das Volumen des flüssigen Pentans kann bei dieser Aufgabe vernachlässigt werden. Das Molvolumen aller Gase beträgt bei Normalbedingungen 22, 4 Liter. 1,5 P Reaktionsgleichung C 5 H 12 (l) + 8 O 2 (g) 5 CO 2 (g) + 6 H 2 O(g) Gedruckt am Seite 8 von 16

9 b) Begründen Sie auf der Ebene der kleinsten Teilchen, warum die Reaktion von Pentan mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser so stark exotherm verläuft. 1 P 7) Im Wasser gelöste Chromat-Ionen reagieren mit H 3 O + -Ionen und bilden im Wasser gelöste Dichromat-Ionen und Wasser. 2 (CrO 4 ) 2 (aq) + 2 H 3 O + (aq) <===> (Cr 2 O 7 ) 2 (aq) + 3 H 2 O(l) Chromat-Ionen Dichromat-Ionen a) Auf welche Seite verschiebt sich das Gleichgewicht bei dieser Reaktion, wenn Sie zum Reaktionsgemisch eine wässrige Lösung von OH -Ionen dazu geben? Begründen Sie Ihre Antwort. 1,5 P Das Gleichgewicht verschiebt sich nach rechts [ ] nach links [ ] gar nicht [ ] b) Auf welche Seite verschiebt sich das Gleichgewicht bei dieser Reaktion, wenn Sie den Druck erhöhen? Begründen Sie Ihre Antwort. 1,5 P Das Gleichgewicht verschiebt sich nach rechts [ ] nach links [ ] gar nicht [ ] Gedruckt am Seite 9 von 16

10 8) Geben Sie eine mögliche Skelettformel des Kohlenwasserstoffes an, welche die folgenden Bedingungen erfüllt. a) Die Molekülformel dieses Kohlenwasserstoffes lautet C 6 H 12 und das Molekül weist keine Doppelbindung auf. 1 P b) Die Molekülformel dieses Kohlenwasserstoffes lautet C 5 H 12 und das Molekül enthält ein Kohlenstoffatom, welches an kein einziges Wasserstoffatom gebunden ist. 1 P c) Die Molekülformel dieses Kohlenwasserstoffes lautet C 4 H 8 und das Molekül enthält zwei Kohlenstoffatome, welche mit einem einzigen Wasserstoffatom verbunden sind und keinen Ring. 1 P 9) Ein Kunststoff. a) Sie sollen den Kunststoff mit der unten angegebenen Formel aus den passenden Ausgangsstoffen herstellen. Geben Sie eine vollständige Reaktionsgleichung an, wobei Sie entweder Skelettformeln oder Lewisformeln der beteiligten Stoffe verwenden. 0,5 P n Gedruckt am Seite 10 von 16

11 b) Begründen Sie, warum die Beseitigung dieses Kunststoffes in einer Kehrichtverbrennungsanlage zu keinen nennenswerten Problemen führt. 1 P 10) Proteine. a) Geben Sie den Namen der Bausteine an, aus welchen die Proteine aufgebaut sind. 0,5 P b) In den Proteinmolekülen kommen die sogenannten Disulfidbrücken S S vor. Entscheiden Sie, ob die Bildung der Disulfidbrücken nach der folgenden chemischen Reaktion ein Redoxvorgang ist. Begründen Sie Ihre Antwort mit der Angabe der Oxidationszahlen. 1 P H H H H C S H + H S C C S S C + 2 H + H Ausgangsstoffe H H Disulfidbrücke H Die Bildung der Disulfidbrücken ist ein Redoxvorgang. richtig [ ] falsch [ ] Gedruckt am Seite 11 von 16

12 c) Geben Sie die Lewisformel der Peptidgruppe CO NH an. 0,5 P Gedruckt am Seite 12 von 16

13 Interdisziplinärer Teil: Wasser und Benzol 11) In einem Nachschlagewerk findet man für die beiden miteinander nicht mischbaren Stoffe Wasser und Benzol die folgenden Angaben: Schmelzpunkt Siedepunkt Dichte spezifische Wärme- [ C] [ C] [kg/dm 3 ] kapazität [kj/(kg K)] Wasser Benzol a) Ergänzen Sie die folgende Tabelle bezüglich der zwischenmolekularen Kräfte und erklären Sie damit die unterschiedliche Lage der Siedepunkte 2 P vdw-kräfte Dipolkräfte H-Brücken stark schwach vorhanden nicht vorhanden vorhanden nicht vorhanden Wasser [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] Benzol [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] Mit diesen Angaben über die zwischenmolekularen Kräfte lässt sich der höhere Siedepunkt von Wasser wie folgt erklären: b) Berechnen Sie mit den Wärmekapazitäten die Energiemenge in kj, die zur Erwärmung von 10 kg Benzol von 10 C auf 75 C benötigt wird. Auf welche Temperatur werden 10 kg Wasser von 10 C mit der gleichen Energiemenge erwärmt? 1,5 P Berechnung der Energiemenge in kj zur Erwärmung von 10 kg Benzol von 10 C auf 75 C: Berechnung der Endtemperatur von 10 kg Wasser mit der gleichen Anfangstemperatur und der gleichen Energiemenge: Gedruckt am Seite 13 von 16

14 c) Rechnen Sie die Wärmekapazität in kj/(kg K) in kj/(mol K) um und suchen Sie mit dem atomaren Aufbau der beiden Stoffe eine Erklärung für die unterschiedlichen Werte 1,5 P Berechnung der Wärmekapazität von Benzol in kj/(mol K): Berechnung der Wärmekapazität von Wasser in kj/(mol K): Erklärung der unterschiedlichen Wärmekapazität in kj/(mol K) mit dem unterschiedlichen Aufbau der beiden Stoffe: d) In einem Zylinder mit einem darin montierten Rohr ist das eine Lösungsmittel der Aufgabe a) enthalten, es soll als Lösungsmittel1 bezeichnet werden (linke Skizze). Das Rohr taucht a = 5 cm ins Lösungsmittel. In dieses Rohr gibt man vorsichtig soviel vom anderen Lösungsmittel der Aufgabe a) (= Lösungsmittel 2), bis das Lösungsmittel 1 gerade am unteren Ende des Rohres ankommt (Skizze rechts). Es gilt nun die einfache Beziehung, dass bei der Höhe a der Druck des ersten Lösungsmittels genau gleich gross ist wie im Rohr bei der Höhe b der Druck des Lösungsmittels 2. Wie gross ist demnach die Höhe b? Warum ändert die Höhendifferenz zwischen innen und aussen nicht, wenn man noch mehr vom Lösungsmittel 2 ins Rohr gibt? Das Lösungsmittel 2 ist im Lösungsmittel 1 unlöslich. 1 P Das Lösungsmittel 1 ist [ ] Benzol [ ] Wasser Das Lösungsmittel 2 ist die andere Flüssigkeit Berechnung der Höhe b im Rohr (a ist 5 cm):, warum der Höhenunterschied zwischen innen und aussen gleich bleibt, wenn man auch mehr vom Stoff 2 ins Rohr gibt: Gedruckt am Seite 14 von 16

15 e) Löst man 6 g Essigsäure CH 3 COOH in Wasser und verdünnt die Lösung auf 250 ml, so reagieren nur 0.6 % aller Essigsäure-Moleküle mit Wasser zu H 3 O + - Ionen. Berechnen Sie die Konzentration an H 3 O + -Ionen in mol/l und daraus den ph-wert der so entstandenen Lösung. 2 P Berechnung der Konzentration der Essigsäure in mol/l: Berechnung der Konzentration an H 3 O + -Ionen in mol/l: Berechnung des ph-wertes der Lösung: f) Wasser ist auch ein wichtiger Stoff im Zusammenhang mit Korrosionsvorgängen. So sind beispielsweise am Rosten von Eisen sowohl Wasser wie auch Sauerstoff beteiligt: 2 Fe + 2 H 2 O + O 2 2 FeO(OH) + H 2 Bestimmen Sie die Oxidationszahlen aller Atome in den beteiligten Stoffen und geben Sie genau an, was oxidiert und was reduziert wird: 2 P Angabe der Oxidationszahlen aller Elemente: Edukte: Produkt: Fe Fe:... FeO(OH): Fe:... O:... H 2 O: H:... O von (OH) :... O:... H von (OH) :... O 2 : O:... H 2 : H:... Oxidiert wird demnach (genaue Angabe!):... Reduziert wird demnach (genaue Angabe!):... Gedruckt am Seite 15 von 16

16 g) Reaktionen von Säuren, von Basen oder von Metallen mit Benzol in der ähnlichen Form wie mit Wasser sind nicht bekannt. Das hängt mit dem völlig unterschiedlichen Aufbau der beiden Stoffe zusammen. Begründen Sie, warum Benzol gegenüber einer Säure nicht als Base reagieren kann, und warum im Benzolmolekül die C H-Bindungen nicht so leicht wie im Wassermolekül aufgebrochen werden können, Benzol also nicht als Säure wirken kann. 1 P Benzol kann im Gegensatz aus folgendem Grund gegenüber Säuren nicht als Base wirken: Benzol neigt im Gegensatz zu Wasser nicht dazu, Wasserstoff abzuspalten und dabei zu einem Teil eines Salzes zu werden: Gedruckt am Seite 16 von 16