Schriftliche Abiturprüfung Grundkursfach Chemie

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1 Sächsisches Staatsministerium für Kultus Schuljahr 2000/01 Geltungsbereich: - Allgemein bildendes Gymnasium - Abendgymnasium und Kolleg - Schulfremde Prüfungsteilnehmer Schriftliche Abiturprüfung Grundkursfach Chemie - E R S T T E R M I N - Material für den Prüfungsteilnehmer Allgemeine Arbeitshinweise Ihre Arbeitszeit (einschließlich Zeit für Lesen und Auswählen von Aufgaben) beträgt 210 Minuten. Die Prüfungsarbeit besteht aus den zu bearbeitenden Teilen A, B und C (experimenteller Teil). Informieren Sie den Aufsicht führenden Lehrer, wenn Sie mit der experimentellen Bearbeitung des Teils C beginnen möchten. Bei Berechnungen muss der Lösungsweg zu erkennen sein und mit einem auf die Aufgabenstellung bezogenen Antwortsatz abschließen, der gegebenenfalls eine Bewertung des Sachverhaltes enthält. Die im Anhang angegebenen Daten sind für Berechnungen zu verwenden. Erlaubte Hilfsmittel: 1 Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung 1 grafikfähiger, programmierbarer Taschenrechner ohne Computer-Algebra- System (GTR) 1 Tabellen- und Formelsammlung ohne ausführliche Musterbeispiele (im Unterricht eingeführt) Zeichengeräte Signatur 54/1 (Chem-GK-ET/Ma) Seite 1 von 8

2 Prüfungsinhalt Teil A ( 25 BE ) Bearbeiten Sie die nachstehende Aufgabe. Silber 1 Begründen Sie unter Einbeziehung nachfolgender Elektronenkonfiguration die Stellung des Elementes Silber im PSE. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 1 Erreichbare BE-Anzahl: 3 2 Aus dem in der Natur vorkommenden Argentit (Silbersulfid) gewinnt man Silber u. a. durch die Cyanidlaugerei, die durch nachfolgende Gleichung beschrieben werden kann: Ag 2 S + 4 NaCN 2 Na [Ag(CN) 2 ] + Na 2 S 2.1 Benennen Sie die enstehende Komplexverbindung und erläutern Sie an diesem Beispiel den Aufbau eines Komplex-Ions. 2.2 Um die Löslichkeit des Silbersulfids zu erhöhen, wird das entstehende Natriumsulfid durch Luftsauerstoff in wässriger Lösung zur Reaktion gebracht. Als Reaktionsprodukte entstehen Natriumthiosulfat (Na 2 S 2 O 3 ) und Natriumhydroxid. Entwickeln Sie für die Oxidation des Natriumsulfids die Reaktionsgleichung. Begründen Sie diese Vorgehensweise unter Nutzung Ihrer Kenntnisse über das unter 2 beschriebene chemische Gleichgewicht. 2.3 Aus dem gelösten Komplex wird Silber durch Ausfällung mit Zinkstaub gewonnen. Entwickeln Sie dafür die Reaktionsgleichung. Hinweis: Gehen Sie davon aus, dass Zink in dem entstehenden Komplex die Koordinationszahl 4 besitzt. Erreichbare BE-Anzahl: 7 Signatur 54/1 (Chem-GK-ET/Ma) Seite 2 von 8

3 3 Schwarz gefärbte Kieselschiefer (Probierstein) besaßen in der Goldschmiedekunst diagnostische Funktion. Mit einem vermutlich silberhaltigen Gegenstand wird ein Strich auf dem Schiefergestein gezogen. Dieser Strich wird mit konzentrierter Salpetersäure und anschließend mit Kaliumdichromatlösung versetzt. Wird der Strich in Folge von Silberchromatbildung rotbraun gefärbt, so enthält der geprüfte Gegenstand mit Sicherheit Silber. 3.1 Entwickeln Sie, ausgehend von Teilgleichungen, die Ionengleichung für die Auflösung des Silbers in konzentrierter Salpetersäure. Hinweis: Gehen Sie davon aus, dass die Nitrat-Ionen zu Stickstoffmonooxid reduziert werden. 3.2 Geben Sie die Reaktionsgleichung für die Silberchromatbildung und die vorliegende Reaktionsart an. Hinweis: In einer Kaliumdichromatlösung liegt folgendes Gleichgewicht vor: 2 Cr 2 O H 2 O 2 CrO H 3 O + Erreichbare BE-Anzahl: 5 4 Unter Silberung versteht man die Desinfektion und Konservierung von Wasser durch Anreicherung mit Silber-Ionen. Ammoniak und Schwefelwasserstoff hemmen die Wirkung der Silber-Ionen. 4.1 Erläutern Sie diese Tatsache unter Einbeziehung entsprechender Reaktionsgleichungen. 4.2 Neben den unter 4.1 genannten Stoffen wird die Wirkung der Silber-Ionen auch durch Chlorid-Ionen beeinträchtigt. Berechnen Sie die höchstmögliche Stoffmengenkonzentration an Chlorid- Ionen, so dass es bei einer Silber-Ionenkonzentration von c(ag + ) = 9, mol l zu keiner Ausfällung von Silberchlorid kommt. Erreichbare BE-Anzahl: 6 5 Die Bestimmung der Silber-Ionenkonzentration erfolgt durch Titration mit einer Maßlösung, die Thiocyanat-Ionen enthält. Folgende Reaktion liegt dieser Maßanalyse zu Grunde: Ag + + SCN AgSCN 20 ml einer Wasserprobe wurden mit 7,5 ml der Maßlösung der Stoffmengenkonzentration c(scn 1 ) = 0,1 mol l bis zum Erreichen des Äquivalenzpunktes versetzt. 5.1 Berechnen Sie die Silber-Ionenkonzentration in der untersuchten Probe. Signatur 54/1 (Chem-GK-ET/Ma) Seite 3 von 8

4 5.2 Silber kann aus Lösungen mit Hilfe von Eisen zurückgewonnen werden. Berechnen Sie die Masse an Eisenwolle, die der silberhaltigen Wasserprobe zuzusetzen ist, um die darin enthaltenen 20 g Silber vollständig auszufällen. Hinweis: Gehen Sie davon aus, dass Eisen zu Eisen(III)-Ionen oxidiert wird. Erreichbare BE-Anzahl: 4 Teil B ( 20 BE ) Bearbeiten Sie die nachstehende Aufgabe. Schwefel und Schwefelverbindungen Schwefel ist ein wichtiger Bestandteil vieler organischer und anorganischer Verbindungen und ist auch als Elementsubstanz unentbehrlich. 1 In verschiedenen Proteinen ist die schwefelhaltige Aminosäure Methionin enthalten: COOH H 2 N -C - H CH 2 CH 2 S CH Berechnen Sie den Massenanteil des Schwefels in dieser Verbindung. 1.2 Beschreiben Sie eine Möglichkeit des qualitativen Nachweises für das Element Schwefel in organischen Verbindungen. 1.3 In alten Kochbüchern findet man oft den Hinweis, dass Frühstückseier nicht mit einem Silberlöffel gegessen werden sollten. Begründen Sie diesen Hinweis. Erreichbare BE-Anzahl: 6 2 Alkylsulfate sind schwefelhaltige Verbindungen, die als waschaktive Substanzen in der Waschmittelindustrie eingesetzt werden. Sie entstehen durch die chemische Reaktion von Schwefelsäure mit höhermolekularen Alkoholen. Signatur 54/1 (Chem-GK-ET/Ma) Seite 4 von 8

5 2.1 Entwickeln Sie die Reaktionsgleichung für die Reaktion von Hexadecanol ( C 16 -Verbindung) mit Schwefelsäure. Nutzen Sie dabei vereinfachte Strukturformeln. Hinweis: mögliche vereinfachte Strukturformel der Schwefelsäure O HO - S OH O Schwefelsäure und Hexadecanol reagieren im Verhältnis 1: Ordnen Sie die Reaktion einer Reaktionsart zu und benennen Sie das entstandene Hauptprodukt. Erreichbare BE-Anzahl: 4 3 Schwefel wird als Elektrodenmaterial in Natrium/Schwefel - Zellen verwendet. Diese werden in der Fahrzeugtechnik probeweise zum Antrieb von Elektroautos eingesetzt. Diese Zelle gehört zu den Sekundärelementen. Die Skizze zeigt die Zelle im geladenen Zustand. 3.1 Entwickeln Sie für den Entladevorgang die Reaktionsgleichungen der Elektrodenreaktionen. Ordnen Sie den Ziffern 1 und 2 die Begriffe Pluspol und Minuspol zu. 3.2 Bei der technischen Realisierung dieser Zelle wird dem Schwefel Graphit zugesetzt. Begründen Sie. Erreichbare BE-Anzahl: 5 Signatur 54/1 (Chem-GK-ET/Ma) Seite 5 von 8

6 4 Bei der Elektrolyse von verdünnter Schwefelsäure wird Wasser in seine Elemente zerlegt. 4.1 Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen für die ablaufenden Elektrodenreaktionen. 4.2 Wie lange muß eine verdünnte Schwefelsäurelösung mit einem Strom von I = 400 ma unter Normbedingungen elektrolysiert werden, um 200 ml Knallgasgemisch herzustellen? Erreichbare BE-Anzahl: 5 Teil C ( 15 BE ) Wählen Sie eine der nachstehenden Aufgaben aus und bearbeiten Sie diese. Aufgabe C 1 Identifizierung von Lösungen 1 In den vorliegenden nummerierten Reagenzgläsern befinden sich Lösungen folgender Stoffe: Aluminiumchlorid (Xi), Eisen(III)-chloridlösung, Ethansäure (Xi), Natriumacetat, Schwefelsäure (Xi). Ermitteln Sie experimentell, in welchem Reagenzglas sich die entsprechende Lösung befindet. Entwerfen Sie einen Plan für ein rationelles Vorgehen zur eindeutigen Identifizierung dieser Stoffe. Geben Sie alle zu erwartenden Beobachtungen an. Legen Sie den Plan dem Aufsicht führenden Lehrer vor. Fordern Sie alle benötigten Chemikalien schriftlich an. 2 Führen Sie nach Ihrem Plan die Experimente durch und ordnen Sie die Stoffe den nummerierten Reagenzgläsern zu. 3.1 Begründen Sie die unterschiedlichen Reaktionen von Natriumacetat und Ethansäure mit Wasser. Formulieren Sie die entsprechenden Reaktionsgleichungen. 3.2 Entwickeln Sie die Gleichungen für die Reaktion, die Sie zur Identifizierung der Eisen(III)-chloridlösung und der Schwefelsäure verwendet haben. Signatur 54/1 (Chem-GK-ET/Ma) Seite 6 von 8

7 Aufgabe C 2 Bestimmung des Massenanteils von Calciumcarbonat 1 Der Massenanteil von Calciumcarbonat in 3 g eines Stoffgemisches aus Calciumcarbonat und Natriumchlorid soll bestimmt werden. 1.1 Versetzen Sie 10 ml der bereitgestellten Salzsäure mit 1 g des zu untersuchenden Stoffgemisches. Notieren Sie Ihre Beobachtungen. 1.2 Erläutern Sie unter Einbeziehung von Reaktionsgleichungen alle stofflichen Veränderungen bei dem unter 1.1 durchgeführten Experiment. Gehen Sie auch auf die Veränderung der Hydronium-Ionenkonzentration ein. 2 Führen Sie die quantitative Bestimmung nach folgender Arbeitsanleitung durch: Entnehmen Sie je nach bereitgestellter Vollpipette Proben einer vorbereiteten Analysenlösung und versetzen Sie diese mit einigen Tropfen des vorgegebenen Indikators. Hinweis: Die Analysenlösung wurde durch Lösen von 3 g der zu untersuchenden Stoffprobe in 60 ml Salzsäure (c = 1 mol I hergestellt. 1 ) Bestimmen Sie die Stoffmengenkonzentration der nicht umgesetzten 1 Salzsäure durch Titration mit Natriumhydroxidlösung (c = 1 mol l ; C). Führen Sie zwei Titrationen durch. 3 Auswertung 3.1 Entwickeln Sie für die bei der Titration ablaufende Reaktion die Ionengleichung. Berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration der nicht umgesetzten Salzsäure. 3.2 Berechnen Sie die Masse von Calciumcarbonat, die durch die Salzsäure aufgelöst wurde. Geben Sie den Massenanteil des Calciumcarbonats im untersuchten Stoffgemisch an. Signatur 54/1 (Chem-GK-ET/Ma) Seite 7 von 8

8 Anhang FARADAY- Gesetz FARADAY - Konstante I t = z n F F = 9, A s mol 1 Standardpotenziale Redoxpaar E 0 in V H 2 O/O 2 1,23 H 3 O + /H 2 0,00 Na/Na + -2,71 S/S 0,41 Löslichkeitsprodukt K L (AgCl) = mol 2 2 l Signatur 54/1 (Chem-GK-ET/Ma) Seite 8 von 8