Aufgaben aus Altklausuren für eine Übung am

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1 Aufgaben aus Altklausuren für eine Übung am ) Stellen Sie durch eine schematische Zeichnung eine Elektronenwolke dar, die durch folgende Angaben definiert wird: n = 3, l = 2. Geben Sie an, welche Werte die nicht genannten Quantenzahlen annehmen können. ml = -2, -1, 0, 1, 2; s = ½ oder -½ 1) Definieren Sie stichwortartig die Ionisierungsenergie (EIon.) eines Atoms und nennen Sie je einen Grund für folgende Beziehungen: EIon.(S) < EIon.(P); EIon.(Al 2+ ) < EIon.(Mg 2+ ). (Anmerkung: (S) steht für Schwefel, u.s.w.) Der für die Entfernung eines Elektrons von einem Atom oder einem Ion in der Gasphase erforderliche Energiebetrag ist die Ionisierungsenergie dieses Atoms oder Ions. Ein Schwefelatom ist leichter zu ionisieren als ein Phosphoratom, weil Phosphor mit drei Elektronen in den 3p-Orbitalen über eine energetisch günstige halbbesetzte p-unterschale verfügt. Das vierte p-elektron des Schwefels ist aus diesem Grund relativ leicht zu entfernen. Das Mg 2+ - Kation verfügt über eine abgeschlossene Edelgasschale, weshalb die Entfernung eines weiteren Elektrons sehr viel Energie kostet. Al 2+ hat die Elektronenkonfiguration des Natriums und kann daher leichter noch ein Elektron abgeben. 3) Beschreiben Sie in knapper Form das Prinzip der metallischen Bindung (1). Zeichnen Sie die räumliche Anordnung der Atome in einem der drei häufigsten Metallgitter und geben Sie die Anzahl der nächsten Nachbarn jedes Atoms an (2). Begründen Sie die elektrische Leitfähigkeit und die Verformbarkeit der Metalle (2). Beschreiben Sie die Art der chemischen Bindung im Diamant (Stichwort, Orbitalskizze für eine Bindung) (1.5) und begründen Sie dessen Isolatoreigenschaft, die Härte und die herausragende Wärmeleitfähigkeit (1.5). Metall-Kationen von Elektronengas umgeben.

2 Kubisch dichteste Hexagonal dichteste kubisch raumzentrierte Kugelpackung nächste Nachbarn Bewegliche Elektronen transportieren Ladung und Wärme Diamant: Kovalente Bindung, C C grob schematisch sind zwei Kohlenstoffatome und je ein Lappen eines sp 3 -Hybridorbitals zu erkennen. Es gibt keine beweglichen Elektronen, alle Valenzelektronen sind in starken Bindungen lokalisiert. Deshalb ist Diamant ein Isolator und besitzt eine herausragende Härte. Die Wärmeleitfähigkeit kommt durch Energieübertragung über Gitterschwingungen zustande. 4) Bei der Explosion von 10 g Glycerintrinitrat (der dreifache Salpetersäureester des Glycerins, Trivialname Nitroglycerin ) in einem geschlossenen Metallzylinder von 2 Liter Rauminhalt entsteht eine Temperatur von 1100 K. Der Zylinder war vor der Explosion bei 298 K mit Luft gefüllt, der Druck betrug kpa. Geben Sie eine Reaktionsgleichung an (2) und machen Sie stichwortartige Angaben zur Änderung von Enthalpie, Entropie und Freier Reaktionsenthalpie während der Reaktion (2). Schreiben Sie die Fundamentalgleichung, die einen Zusammenhang zwischen diesen Größen herstellt (1) und berechnen Sie den Druck nach der Explosion (2). 4 C3H5(ONO2)3 12 CO H2O + 6 N2 + O2 (aus 4 mol Nitroglycerin entstehen 29 mol Gase) Die Reaktionsenthalpie ist stark negativ, die Reaktionsentropie stark positiv und die Freie Reaktionsenthalpie stark negativ wie für alle Sprengstoffe. Fundamentalgleichung: ΔG = ΔH TΔS C3H5(ONO2)3, M = g/mol, Stoffmenge = 44.0 mmol, daraus entstehen 44 29/4 = 319 mmol Gase. Im Zylinder waren zwei Liter Luft, die Stoffmenge n = Pa m 3 / J/mol K 298 K = mol. Die gesamte Stoffmenge der Gase im Zylinder beträgt 401 mmol. Daraus errechnet sich der Druck wie folgt:

3 p = / = MPa = bar 5) Nennen Sie ein technisches Verfahren, bei dem man sich den Joule- Thomson-Effekt zunutze macht und definieren Sie in diesem Zusammenhang den Begriff der Inversionstemperatur. Luftverflüssigung, der Joule-Thomson-Effekt bewirkt Abkühlung bei der Expansion komprimierter Gase. Dies gilt jedoch nur unterhalb der Inversionstemperatur. Oberhalb dieser Temperatur erwärmt sich ein Gas bei der Expansion. Bei der Inversionstemperatur tritt der Effekt nicht auf, Expansion eines Gases ist dann nicht mit einer Temperaturänderung verbunden. 6) Geben Sie die Ursache des Tyndall-Effektes an und nennen Sie ein Substanzgemisch, das diesen Effekt zeigt. Lichtstreuung an Partikeln, deren Dimensionen im Bereich der Wellenlänge von sichtbarem Licht liegen. Beispiele sind Lösungen von Makromolekülen (Proteine, Stärke, Tapetenkleister, DNA) oder Kieselgel. 7) Geben Sie Valenzstrichformeln an für Ammoniak, Sitckstoffmonoxid, Kohlenmonoxid, Salpetersäure, Schwefelsäure und Phosphan. Geben Sie für alle beteiligten Atome Oxidationsstufen an. -III +I +II -II +II -II +I +V -II +I +VI -II -III +I +III -I NH3 NO CO H N O3 H2 S O4 P H3 As H3 8) Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung für eine katalytische Reaktion Ihrer Wahl. Nennen Sie den Katalysator und beschreiben Sie

4 dessen Funktion in Stichworten. Stellen Sie die Änderung der Freien Enthalpie (senkrechte Achse) im Reaktionsverlauf dar (die waagerechte Achse beginnt links mit den reinen Ausgangsverbindungen bei 0% Umsatz und endet rechts bei den reinen Reaktionsprodukten und 100% Umsatz) und zeichnen Sie eine entsprechende Kurve für die gleiche Reaktion ohne Katalysator. G E A Edukte G R ohne mit Katalysator Produkte Reaktionskoordinate Beispiele: Ammoniaksynthese, NO, H2SO4 etc. N2 + 3 H2 2 NH3 Katalysator: Eisen Funktion des Katalysators: Erniedrigt die Aktivierungsenergie 4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O Katalysator: Rhodium Funktion: Erniedrigt die Aktivierungsenergie 2 SO2 + O2 2 SO3 Katalysator: V2O5 oder Platin Funktion wie zuvor 9) Berechnen Sie ph-werte für a) Essigsäure (pks = 4.75, Konzentration 0.2 mol/l), b) eine Mischung von Essigsäure (0.1 mol/l) und Natriumacetat (0.3 mol/l), c) die gleiche Mischung wie in Aufgabe b), jedoch mit dem neunfachen Volumen Wasser verdünnt, d) eine Lösung von Natriumacetat (0.1 mol/l). Benutzen Sie für die Berechnung geeignete Näherungsverfahren. Wie nennt man Mischungen nach der in Teilaufgabe b) und c) genannten Art? a) ph = ½[pKS log c ] = 2.72 b) ph = pks log c(s)/c(b) = 4.75 log 0.1/0.3 = 5.23 c) 5.23, die Verdünnung ändert nicht den ph d) pkb = 14 pks = 9.25; poh = ½[pKB log c ] = 5.125; ph = Die Mischungen aus schwacher Säure und deren Salz nennt man Pufferlösungen. 10) Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung für die Auflösung von Bariumchromat (BaCrO4) in Wasser. Das Löslichkeitsprodukt beträgt (mol/l) 2. Berechnen Sie die Konzentration der Chromat-Ionen

5 (CrO4 2- ) in einer gesättigten Lösung. Wie ändert sich diese Konzentration, wenn in einem Liter Lösung 0.01 mol Bariumchlorid gelöst werden? Wie viel Bariumchlorid wird benötigt? (Angabe in Milligramm). BaCrO4 Ba 2+ + CrO4 2- c(cro4 2- ) = x; x 2 = (mol/l) 2 ; x = (mol/l) Um einen Liter Bariumchloridlösung der Konzentration 0.01 mol/l herzustellen, benötigt man 10 mmol BaCl2. Die Molmasse beträgt = g/mol, man benötigt also g Bariumchlorid. In dieser Lösung löst sich jetzt entsprechend weniger Bariumchromat: x 0.01 mol/l = (mol/l) 2 ; x = (mol/l)

6 11) Nennen Sie drei in der Natur vorkommende Schwefelverbindungen mit Namen und Summenformel. Für die Herstellung von Schwefelsäure soll durch Rösten eines Metallsulfids Schwefeldioxid erzeugt und dann in Schwefelsäure umgewandelt werden. 2 CuS + 3 O2 2 CuO + 2 SO2 oder 4 CuS + 5 O2 2 Cu2O + 4 SO2 2 SO2 + O2 2 SO3 Katalysator: Platin oder V2O5 SO3 + H2SO4 H2S2O7 Dischwefelsäure H2S2O7 + H2O 2 H2SO4 Schwefelsäure 12) Stellen Sie den Aufbau eines Natrium-Schwefel-Akkumulators schematisch dar. Geben Sie Reaktionsgleichungen für die beiden Elektrodenreaktionen an und machen Sie die Richtung der Reaktion deutlich (Laden/Entladen). Bezeichnen Sie zwei für die Funktion des Akkumulators wichtige Materialien außer Natrium, Schwefel und den beiden Elektroden. Graphit Eisen S 8(l) Na (l) Na 2 O/Al 2 O 3 -Keramik Entladen: 2 Na 2 Na e - (Laden. Umgekehrte Richtung) Entladen: S + 2 e - S 2- (Laden. Umgekehrte Richtung) Graphit in der Schwefelschmelze für elektrische Leitfähigkeit, Natriumaluminat Keramik als Ionenleiter.