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: 50.5 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 Aufgaben vollständig gelöst werden. Wir wünschen Ihnen weiterhin viel Erfolg! Seite 1 von 11

2 1. Stoffsysteme a) Auf welche Gruppe von Stoffen passt auf die Definition: Chemisch, aber nicht physikalisch trennbar? b) Wie lautet der Fachausdruck für fein verteilte Feststoffpartikel in einem Gas? c) Wie wird der direkte Übergang vom gasförmigen in den festen Aggregatzustand, ohne dass das System je flüssig geworden wäre, genannt? d) Mit welcher Trennmethode würden Sie ein homogenes flüssig-flüssig-gemisch trennen? (Fachausdruck) e) In welcher Eigenschaft müssen sich zwei Komponenten eines Gemischs unterscheiden, damit sie sich mittels einer Extraktion trennen lassen? 2. Atombau 3P Kreuzen Sie diejenigen Aussagen an, welche zum Ausdruck oder zur Beschreibung ganz links in der betreffenden Zeile passen. Pro Zeile sind ein oder auch mehrere Kreuzchen möglich. Angekreuzte falsche Aussagen und/oder nicht angekreuzte richtige Aussagen in der betreffenden Zeile führen zu 0P pro Teilaufgabe. a) Ein Atom neutral b) Ein bestimmtes Element (z.b. Natrium) immer definiert c) Bei einem vorgegebenen Element (z.b. Bor) d) Verschiedene Isotope eines bestimmten Elementes (z.b. Schwefel) unterscheiden sich e) Um ein Anion neutral zu machen. f) Ein Kation liegt vor aufgrund des 1 : 1-Verhältnisses zwischen Neutronen und Protonen. aufgrund der Elektronenzahl. kann die Massenzahl variieren. in der rdnungszahl. können Elektronen zugegeben werden. nachdem ein neutrales Atom oxidiert wurde. wegen der Neutronen aufgrund der Massenzahl. kann die Neutronenzahl variieren. in der Massenzahl. können Protonen weggenommen werden. wenn einem neutralen Atom Elektronen weggenommen wurden. aufgrund des 1 : 1-Verhältnisses zwischen Protonen und Elektronen. aufgrund der Anzahl Protonen. kann die Protonenzahl variieren....in der Anzahl Protonen....können Elektronen entfernt werden. wenn ein neutrales Atom Elektronen aufgenommen hat., weil Atome per Definition neutral sind, sonst wären sie Ionen. aufgrund der Anzahl Protonen UND der Anzahl Neutronen. darf weder die Massenzahl, noch die Neutronenzahl, noch die Protonenzahl variieren. in der Neutronenzahl. können Protonen zugegeben werden. wenn im Atom mehr Protonen als Elektronen vorhanden sind. Seite 2 von 11

3 3. Bindungsarten a) Elementares Beryllium reagiert mit elementarem Stickstoff zu Berylliumnitrid. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung für die Reaktion von Beryllium mit Stickstoff. 2P b) Welche Veränderungen in der Elektronenhülle der der Beryllium- bzw. der Stickstoff-Atome ergeben sich während der Reaktion? c) Wie wird die Bindungsart genannt, welche Beryllium und Stickstoff in der Verbindung Berylliumnitrid zusammenhält? d) Wie hielten die Berylliumatome im elementaren Metall (also vor der Reaktion mit Stickstoff) zusammen? Benennen Sie die Bindungsart mit ihrem Fachausdruck. e) Wie hielten die Stickstoffatome im elementaren N2 (also vor der Reaktion mit Beryllium) zusammen? Benennen Sie die Bindungsart mit ihrem Fachausdruck. Seite 3 von 11

4 4. Chemisches Rechnen Vanadium(V)-oxid (V25) wird mit elementarem Aluminium gemischt und erhitzt. Dabei entstehen elementares Vanadium und Aluminiumoxid: 3 V Al 6 V + 5 Al23 Es reagieren g Aluminium. Wieviel Gramm elementares Vanadium sind während der Reaktion gebildet worden (Maximalausbeute)? Geben Sie Ihre Berechnung in Form von Gleichungen mit Einheiten an. Bsp.:. =. 3P = 146 Seite 4 von 11

5 5. Strukturabhängige Eigenschaften Kochsalz löst sich sehr gut in Wasser. Im Gegensatz dazu löst sich Kochsalz im Schwefelkohlenstoff (CS2), einer leicht flüchtigen, bei Zimmertemperatur flüssigen Substanz, überhaupt nicht. a) Zeichnen Sie je ein Wasser- bzw. Schwefelkohlenstoff-Molekül mit Lewis-Formeln und zwar so, dass die räumliche Lage der einzelnen Atome zu erkennen ; wenn nötig mit Keilen und gestrichelten Keilen. Wasser Schwefelkohlenstoff (CS2) b) Erklären Sie, weshalb Wasser für Kochsalz ein gutes Lösungsmittel. Gehen Sie dabei sowohl auf die Struktur von Wasser, als auch auf die Beschaffenheit von Kochsalz ein. 3P c) Erklären Sie, weshalb Schwefelkohlenstoff Kochsalz nicht lösen kann. Gehen Sie dabei sowohl auf die Struktur von Schwefelkohlenstoff, als auch auf die Beschaffenheit von Kochsalz ein. Seite 5 von 11

6 6. Reaktionsgleichungen a) Wird Pyrit (FeS2) in Anwesenheit von Luftsauerstoff erhitzt, entstehen Eisen(III)-xid (Fe23) und Schwefeldioxid (S2). Notieren Sie die Reaktionsgleichung. 2P b) Natriumnitrit (NaN2) reagiert mit Schwefelsäure (H2S4) zusammen zu Stickstoffmonoxid (N), Wasser, Natriumsulfat (Na2S4), und Salpetersäure (HN3). Notieren Sie die Reaktionsgleichung. 2P 7. Redox Um Boiler vor dem Rosten zu schützen, wird oftmals eine pferanode aus Magnesium eingesetzt, welche anstelle vom edleren Mantelmetall des Boilers, Eisen, korrodiert. Im Kontakt mit Wasser entstehen Magnesiumhydroxid und elementarer Wasserstoff. Das Eisen bleibt durch den Einsatz des pfermetalls unversehrt und kommt deshalb gar nicht in der Reaktionsgleichung vor: Mg + 2H2 Mg(H)2 + H2 Was tun die folgenden Atome während des Prozesses: a) Magnesiumatom (pro Zeile sind ein oder mehrere Kreuzchen möglich). nimmt je 1 e auf. gibt je 1 e ab. nimmt je 2 e auf. gibt je 2 e ab. tut nichts. wird reduziert. wird oxidiert. b) Sauerstoff (pro Zeile sind ein oder mehrere Kreuzchen möglich). nimmt je 1 gibt je 1 nimmt je 2 gibt je 2 tut nichts. wird reduziert. wird e auf. e ab. e auf. e ab. oxidiert. c) Wasserstoff (pro Zeile sind ein oder mehrere Kreuzchen möglich). nimmt je 1 gibt je 1 nimmt je 2 gibt je 2 tut nichts. wird reduziert. wird e auf. e ab. e auf. e ab. oxidiert. xidationsmittel. xidationsmittel. xidationsmittel. Reduktionsmittel. Reduktionsmittel. Reduktionsmittel. Seite 6 von 11

7 8. Säure-Base-Chemie a) Unten Sehen Sie Ammoniak und Wasser als Kimball-Modell abgebildet. Die beiden Moleküle reagieren in einer Säure-Base-Reaktion miteinander. Zeichnen Sie mit einem Pfeil ein, was bei dieser Reaktion zwischen diesen beiden Molekülen abläuft und zeichnen Sie die Reaktionsprodukte als Kimball-Modelle rechts vom Gleichgewichtspfeil. Schreiben Sie alle Atome der Modelle mit deren allfälliger Ladung an. 1.5P Stickstoff nichtbindende Kugelwolken Wasserstoff Sauerstoff Ammoniak Wasserstoff Wasser b) Zeichnen Sie die Reaktion von Methansäure (CH22) und Wasser mit Lewis-Formeln. Zeichnen Sie dabei die beiden Reaktanden vor und das/die Produkt(e) nach der Reaktion. 2P c) Phenolphthalein ein Säure-Base-Indikator. Im Milieu mit ph < 7 er farblos. Im Milieu mit einem ph > 7 seine Farbe rosa-violett. Was geschieht mit Phenolphthalein beim Zugeben zur basischen Lösung? Kreuzen Sie die passenden Aussage an und erklären Sie Ihre Antwort unterhalb. 2P Es spielt die Rolle der Base. Es wird protoniert. Es spielt die Rolle der Säure. Es gibt Elektronen ab. Es nimmt Elektronen auf. Seite 7 von 11

8 9. Chemisches Gleichgewicht Eine Lösung mit Eisen(III)-Ionen wird mit einer Lösung von Iodid-Ionen gemischt. Dabei reagieren die beiden Ionen in einer Gleichgewichtsreaktion zu Eisen(II)-Ionen bzw. elementarem Iod: 2 Fe 3+ (aq) + 2 I - (aq) 2 Fe 2+ (aq) + I2(aq) a) Was können Sie über die Reaktionsgeschwindigkeiten aussagen, wenn das System im Gleichgewicht? b) Was können Sie über die Konzentrationen von Ausgangsstoffen und Produkten aussagen, wenn das System im Gleichgewicht? Gehen wir davon aus, dass sich das oben beschriebene System: 2 Fe 3+ (aq) + 2 I - (aq) 2 Fe 2+ (aq) + I2(aq) im Gleichgewicht befindet. Nun geben Sie eine konzentrierte Fe 2+ -Lösung zu. Was geschieht mit den Konzentrationen von folgenden Teilchen? Begründen Sie Ihre Antwort jeweils im Textfeld rechts: c) c(fe 3+ (aq)) nimmt zu unverändert nimmt ab d) c(i - (aq)) nimmt zu unverändert nimmt ab e) c(i 2(aq)) nimmt zu unverändert nimmt ab Seite 8 von 11

9 10. rganische Chemie a) Von C2H4 sind zwei Isomere möglich. Zeichnen Sie diese als Skelettformel und benennen Sie jede Verbindung gleich unterhalb der Zeichnung im vorgesehenen Antwortfeld: 4P Name nach IUPAC: Name nach IUPAC: b) 2P Zeichnen Sie das Keton, welches die Summenformel C4H8 hat als Skelettformel und benennen Sie es im Antwortfeld gleich rechts neben der Struktur. Name nach IUPAC: c) Zeichnen Sie die Aminosäure mit der Summenformel C2H52N Seite 9 von 11

10 11. Unten ein Molekül, wie es in Speisefett vorkommt, abgebildet: a) Umrahmen Sie in der Struktur oben die funktionellen Gruppen so, dass unmissverständlich klar wird, welche Atome zur funktionellen Gruppe gehören. Benennen Sie die von Ihnen markierten funktionellen Gruppen mit dem korrekten Fachausdruck. b) Fette können bekanntlich aus Fettsäuren und einer alkoholischen Komponente synthetisiert werden. Zeichnen Sie ein Molekül der Fettsäure, welche bei Synthese in das oben abgebildete Fett eingebaut wurde, als Skelettformel, und benennen Sie es nach IUPAC-Nomenklaturregeln. 1.5P c) Handelt es sich dabei um eine gesättigte oder um eine ungesättigte Fettsäure? Schreiben Sie in einem Satz, woran Sie dies in der Struktur erkennen können. d) Zeichnen Sie die alkoholische Komponente, aus welcher das oben abgebildete Fett synthetisiert wurde, als Skelettformel, und benennen Sie sie nach IUPAC-Nomenklaturregeln. 1.5P Seite 10 von 11

11 12. Reaktionsarten in der rganischen Chemie F 3P Davon abhängig, mit welchen Reaktionspartnern reagiert, laufen unterschiedliche Reaktionsmechanismen ab: Br2 wird in einer Additionsreaktion an das Molekül addiert, Im alkalischen Milieu findet eine Substitutionsreaktion durch die H -Ionen als Substituenten statt, wobei ein Anion abgespalten wird. Unter geeigneten Bedingungen polymerisiert das Molekül. Zeichnen Sie die drei verschiedenen Produkte in die entsprechenden Felder. F Additionsreaktion mit Br 2 Reaktionsprodukt der Additionsreaktion mit Br2 Polyadddition von lauter solchen Molekülen Substitutionsreaktion mit H-Ionen Polymer durch Polyaddition des oben abgebildeten Monomers. Zeichnen Sie eine Kette aus 3 Monomeren. rganisches Reaktionsprodukt der Substitutionsreaktion mit H -Ionen. Zeichnen Sie auch das Teilchen, das abgespalten wurde. Seite 11 von 11