Naturwissenschaften, Teil Chemie

Transkript

1 Die Prüfung Naturwissenschaften dauert insgesamt 4 Stunden Sie umfasst die drei gleichwertigen Teile Biologie, Chemie und Physik à je 80 Minuten: Kand.-Nr.: Note: Name, Vorname Für die Korrigierenden Korrigierender:.. Punktemaximum: 62 Punkte Erreichte Punktzahl:. Note Teil Chemie:. Verfasser: Zeit: Hilfsmittel: M. Suter, G. Rutz 80 Minuten (von total 4 Stunden) Taschenrechner und folgende, beiliegende Unterlagen: Periodensystem Eigenschaften verschiedener Stoffe Tabelle mit den Elektronegativitäten der Hauptgruppenelemente Tabelle mit den Säure- und Basenstärken Hinweise: 1. Die Antworten sind direkt auf die Aufgabenblätter zu schreiben. 2. Bitte lösen Sie keine einzelnen A4-Seiten aus dem Aufgabenkatalog heraus. 3. Fassen Sie sich kurz, aber präzise. Überflüssiges beansprucht nur wertvolle Zeit! 4. Unleserliches wird nicht korrigiert und demzufolge auch nicht bewertet. 5. Die erreichbaren Punktzahlen sind bei allen Aufgaben angegeben. 6. Zur Erreichung der Note 6 müssen nicht alle Aufgeben vollständig gelöst werden. Wir wünschen Ihnen weiterhin viel Erfolg! Seite 1 von 10

2 1. Beim Lernen auf die Chemieprüfung fasst ein Student das Kapitel Materie wie unten abgedruckt zusammen. Der Student bittet Sie, seine Zusammenfassung kritisch zu prüfen. Unterstreichen Sie fachlich fehlerhafte Passagen und versehen Sie diese mit einer Nummer (z. B. ). Im Antwortfeld auf Seite 3 soll unter Nennung der von Ihnen zugeordneten Nummer ENTWE- DER die Aussage berichtigt ODER anhand eines konkreten Beispiels erklärt werden, warum die Aussage falsch ist. ACHTUNG: Falls Sie korrekte Aussagen als falsch deklarieren, erhalten Sie einen Abzug (Sie wollen ja Ihren Kollegen nicht hinters Licht führen ) Reinstoffe: Von den Reinstoffen gibt es die Unterkategorien: 1. Verbindungen; 2. Elemente Verbindungen: bestehen aus mindestens zwei verschiedenen, miteinander verknüpften Elementen; Verbindungen lassen sich mit chemischen Methoden trennen. Bei den Verbindungen wiederum unterscheidet man zwischen Molekülen und Salzen: - Moleküle: Bestehen aus lauter nichtmetallischen Elementen; sind über kovalente Bindung miteinander verknüpft. Die Moleküle können wiederum in die Kategorien anorganische Moleküle und in organische Moleküle unterteilt werden. Zu den organischen Molekülen werden alle Kohlenstoff-haltigen Moleküle gezählt, z.b. CO 2, CH 4, etc. - Salze: Bestehen in der Regel mindestens aus einem metallischen und einem nichtmetallischen Element; diese sind über Elektronenpaarbindungen verknüpft. Auch bei Salzen gibt es anorganische und organische Salze. Elemente: In einem bestimmten Element gibt es lauter Atome mit identischer Kernladungszahl, Elemente stehen alle im Periodensystem; Elemente können eindeutig anhand der Massenzahl zugeordnet werden. Im Atomkern gibt es Neutronen und Protonen. Die Massenzahl setzt sich aus der Anzahl Protonen und Neutronen zusammen. Die Neutronenzahl eines Elements entspricht immer der Protonenzahl. Neben den Reinstoffen gibt es noch die Gemische. Sie können aufgeteilt werden in: - heterogene Gemische (mindestens zwei, nicht miteinander verknüpfte und unterscheidbare Komponenten), (Bsp. Suspensionen, Emulsionen, Gasgemische, Aerosole) lassen sich mit physikalischen Methoden trennen. - homogene Gemische; Komponenten nicht unterscheidbar (unter dem Mikroskop auch nicht; Bsp. Legierungen, Lösungen); lassen sich nicht mit physikalischen Methoden trennen. Seite 2 von 10

3 1. 6P 2. a) In einem geschlossenen Gefäss befindet das gut geschüttelte Gemisch aus 3 g Kupfersulfat, 3 g Glycerin (siehe Tabelle Eigenschaften verschiedener Stoffe ) und 400 ml Wasser. Kupfersulfat ist wasser-, aber nicht glycerinlöslich. Handelt es sich um ein homogenes oder ein heterogenes Gemisch? 0.5P b) Das beschriebene Gemisch soll in seine Komponenten Glycerin, Kupfersulfat und Wasser getrennt werden. Beschreiben Sie Schritt für Schritt, wie Sie dabei vorgehen. Nennen Sie bei jedem Schritt, wie sich die Stoffe verhalten und wo in den verwendeten Apparaturen welche Komponente(n) vorliegt (vorliegen). Nennen Sie die Unterschiede zwischen den Komponenten, welche Sie beim jeweiligen Trennschritt gerade ausnützen. 3.5P Seite 3 von 10

4 3. Strukturen und Eigenschaften a) Die Monokohlenstoffverbindungen CH 4, CH 2 Cl 2 und CCl 4 haben alle die gleiche geometrische Struktur. Zeichnen Sie - stellvertretend für alle drei - die Keil-Strich-Formel von CH 4 (also die Bindungen dargestellt mit,, bzw. ). 1.5P b) Wie wird diese geometrische Anordnung in der Fachsprache genannt? 0.5P c) Entscheiden Sie für die drei Verbindungen, welche Wechselwirkungen sie untereinander eingehen können. (Pro Spalte mehrere Kreuzchen möglich) 1.5P CH 4 : CH 2 Cl 2 : CCl 4 : Van-der-Waals-Kräfte Dipol-Dipol-Kräfte Wasserstoffbrücken Van-der-Waals-Kräfte Dipol-Dipol-Kräfte Wasserstoffbrücken Van-der-Waals-Kräfte Dipol-Dipol-Kräfte Wasserstoffbrücken d) Die drei genannten Verbindungen haben folgende Siedepunkte: CH 4 : -164 C CH 2 Cl 2 : +40 C CCl 4 : +77 C Weshalb ist der Siedepunkt von CH 2 Cl 2 derart viel höher als derjenige von CH 4? Erklären Sie auf der Teilchenebene. e) Weshalb ist der Siedepunkt von CCl 4 höher als derjenige von CH 2 Cl 2. Erklären Sie auf der Teilchenebene. Seite 4 von 10

5 4. Reaktionsgleichungen, chemisches Rechnen a) Wird Bariumnitrid (das Salz aus Barium und Stickstoff; Formel selber überlegen) ins Wasser gegeben, entstehen in einer exothermen Reaktion Bariumhydroxid (Ba(OH) 2 ) und Ammoniak (NH 3 ). Schreiben Sie die Reaktionsgleichung 2P b) Wird Aluminium in Salzsäurelösung gegeben, entstehen gemäss folgender Reaktionsgleichung Aluminiumchlorid-Lösung und elementarer Wasserstoff. 2 Al(s) + 6 HCl(aq) 2 AlCl 3 (aq) + 3 H 2 (g) 3.5P Es werden 14.5 g Aluminium eingesetzt. Berechnen Sie die Masse an entstandenem Wasserstoff. Geben Sie Ihre Berechnungen in Form von Gleichungen inkl. Einheiten an: 0.12 mol Bsp.: V = 0.02 mol l V = 6.00 l c) 830 ml einer wässrigen Kaliumbromid-Lösung mit einer Konzentration von c = 0.35 mol werden l stehen gelassen, bis alles Wasser verdunstet ist. Welche Masse hat das zurückgebliebene Salz? Geben Sie alle Ihre Berechnung in Form von Gleichungen inkl. Einheiten an g Bsp.: M = mol M = g mol 3P Seite 5 von 10

6 5. Redox a) Werden in eine wässrige Kochsalzlösung (NaCl(aq)) eine positive und eine negative Elektrode getaucht, über welche Gleichstrom durch die Kochsalzlösung geleitet wird, kann bald der Geruch von Chlor festgestellt werden: Es läuft ein Prozess ab, bei welchem elementares Chlor gebildet wird. Geben Sie an, an welcher Elektrode ( oder ) das elementare Chlor entsteht und erklären Sie, was dabei auf der Teilchenebene abläuft. Geben Sie an, ob es sich bei dieser Teilreaktion um eine Reduktion oder eine Oxidation handelt. 2P b) Stattdessen wird an der anderen Elektrode ein weiterer gasförmiger Stoff gebildet. Um welchen Stoff handelt es sich? 6. a) Wird Aluminiumfolie in eine wässrige Kupfer(II)-chloridlösung gegeben, löst sich die Folie in einer heftigen Reaktion auf. Auf dem Gefässboden sammelt sich ein rötlicher, elektrisch leitfähiger Feststoff. Stellen Sie die Redox-Gleichung auf. 3P b) Welche Rolle spielen die einzelnen Teilchen in dieser Reaktion: (pro Zeile nur ein Kreuzchen möglich). 1.5P Kupferionen: Reduktionsmittel Oxidationsmittel weder noch Chloridionen: Reduktionsmittel Oxidationsmittel weder noch Aluminium: Reduktionsmittel Oxidationsmittel weder noch c) Was tut das Oxidationsmittel während einer Redoxreaktion (nur 1 Kreuzchen möglich)? nimmt Elektronen auf, wird also oxidiert gibt Elektronen ab, wird also reduziert nimmt Elektronen auf, wird also reduziert gibt Elektronen ab, wird also oxidiert Seite 6 von 10

7 7. Säuren-Basen; Chemisches Gleichgewicht a) Ameisensäure (CH 2 O 2 ) gilt als mittelstarke Säure, sie ist also nach der Zugabe zu Wasser im Gleichgewicht nicht vollständig deprotoniert. Dies bedeutet, dass in der ameisensauren Lösung im Gleichgewicht sowohl deprotonierte, als auch noch protonierte Ameisensäuremoleküle vorliegen. Zeichnen Sie die Gleichgewichtsreaktion von Ameisensäure und Wasser als Lewis-Formeln. 4P b) Weshalb wird die Ameisensäure beim Kontakt mit Wasser nur einfach deprotoniert, obwohl das Molekül zwei Wasserstoffatome besitzt? c) Im einleitenden Text zu Aufgabe 7.a) ist vom Gleichgewicht die Rede. Wie ist der Zustand eines Gleichgewichts grundsätzlich definiert? Beantworten Sie die Frage, indem Sie (ab dem Moment des Gleichgewichtszustandes) eingehen auf: die Konzentrationen von Edukten und Produkten, die Reaktionsgeschwindigkeiten von Hin- und Rückreaktion. 1.5P d) Zur oben beschriebenen ameisensauren Lösung wird konz. Salpetersäure gegeben. Was passiert mit der Konzentration an neutraler (nicht deprotonierter) Ameisensäure: Nimmt sie zu, bleibt sie gleich oder nimmt sie ab? Begründen Sie Ihre Antwort. 1.5P Seite 7 von 10

8 8. Organische Chemie a) Welche Art(en) von Bindungen darf ein Alkan NICHT beinhalten (nur 1 Kreuzchen möglich): Einfachbindungen Doppelbindungen Dreifachbindungen Einfachbindungen und Doppelbindungen Doppelbindungen und Dreifachbindungen b) Welche Art(en) von Bindungen darf ein Alken NICHT beinhalten (nur ein Kreuzchen möglich): Einfachbindungen Doppelbindungen Dreifachbindungen Einfachbindungen und Doppelbindungen Doppelbindungen und Dreifachbindungen c) Welche Art(en) von Bindungen darf ein Alkin NICHT beinhalten (nur ein Kreuzchen möglich): Einfachbindungen Doppelbindungen Dreifachbindungen Einfachbindungen und Doppelbindungen Doppelbindungen und Dreifachbindungen d) 5P Zeichnen Sie die funktionellen Gruppen für die untenstehenden organischen Stoffklassen. Ersetzen Sie dabei am Molekül alles, was nicht zur funktionellen Gruppe gehört, durch R. Beispiel: Carbonsäure R C O H O Keton Aldehyd Amin Aminosäure Seite 8 von 10

9 9. a) Es sind neben vielen anderen Isomeren mit der Summenformel C 2 H 4 O 2 ein Alkohol, eine Carbonsäure und ein Ester bekannt. Zeichnen Sie die Lewis-Formel des entsprechenden Isomers. Es ist dabei möglich, dass in einem Molekül eine bestimmte funktionelle Gruppe mehrmals vorkommt. b) Benennen Sie die Moleküle (in den Feldern unterhalb Ihrer Zeichnungen) gemäss der IUPAC- Nomenklaturregeln. 3P Alkohol Carbonsäure Ester Lewis-Formeln 3P Nomenklatur Rest der Seite bitte leer lassen Seite 9 von 10

10 10. Wird Benzol (1,3,5-Cyclohexatrien) mit elementarem Brom behandelt, entsteht das Molekül A), welches eine molekulare Masse von M = g aufweist, während die Reaktion mol von Cyclohexen mit elementarem Brom ein Produkt B) mit der molekularen Masse von M = g ergibt. mol a) Zeichnen Sie die beiden Produkte mit Lewis-Formeln. 2P A) B) b) Durch welchen Reaktionsmechanismus ist die Verbindung A) entstanden (nur ein Kreuzchen möglich)? Begründen Sie Ihre Antwort kurz. 2P Addition Substitution Polymerisation Veresterung c) Durch welchen Reaktionsmechanismus ist die Verbindung B) entstanden (nur ein Kreuzchen möglich)? Begründen Sie Ihre Antwort kurz. 2P Addition Substitution Polymerisation Veresterung d) Bei einer der beiden Reaktionen entsteht ein zweites Produkt. Bei welcher Reaktion ist dies der Fall? 0.5P A) B) e) Zeichnen Sie dieses zweite Produkt als Lewis-Formel. Seite 10 von 10

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