2. Teilklausur zum Chemischen Grundpraktikum im WS 2013/14 vom

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1 2. Teilklausur zum Chemischen Grundpraktikum im WS 2013/14 vom A1 A2 A3 R4 F5 E6 Σ Note NAME/VORNAME:... Matrikelnummer: STICHPUNKTE ZU DEN LÖSUNGEN Pseudonym für Ergebnisveröffentlichung Schreiben Sie bitte gut leserlich: Name und Vorname in Druckbuchstaben. Unleserliche Teile werden nicht gewertet! Die Bewertung der einzelnen Aufgaben ist jeweils in Klammern nach der Aufgabennummerierung angegeben; insgesamt sind 50 Punkte erreichbar. Wichtig: 1. Überprüfen Sie zu Beginn das ausgegebene Klausurexemplar auf ordnungsgemäße Vollzähligkeit der Blätter! 2. Schreiben Sie bitte die Lösungen nur auf das Blatt der entsprechenden Aufgabe einschließlich der Rückseite. 3. Mit Bleistift geschriebene Aufgaben werden nicht gewertet! 4. Als Hilfsmittel ist nur ein nicht programmierbarer Taschenrechner zugelassen. 5. Falls Sie Zusatzblätter benötigen, fordern Sie diese bitte an und verwenden Sie nur gekennzeichnete Zusatzblätter! Viel Erfolg beim Lösen der Aufgaben! Die Klausur umfasst 6 Aufgaben auf insgesamt 9 Blättern (1 Schmierblatt und PSE sowie Tabelle mit Normalpotentialen als Anhang).

2 Vorname: Nachname: 2/6 1. [8] Zur Fleischkonservierung wird u.a. Pökelsalz (enthält Natriumnitrit als Konservierungsstoff) verwendet. Im Praktikum haben Sie eine Methode für die quantitative Bestimmung von Nitrit-Ionen kennengelernt. a) [4] Beschreiben Sie die prinzipielle Verfahrensweise am Beispiel von Natriumnitrit (Reaktionsgleichung, Art der Titrationsmethode mit Begründung anhand von Reaktionsgleichungen). 2 MnO NaNO H + 2 Mn NaNO H 2 O Da keine angesäuerte Nitritlösung vorgelegt werden kann, muss eine umgekehrte Titration gewählt werden, d.h., die unbekannte Probelösung (Titrand) wird in die Bürette gefüllt und gegen ein definiertes Volumen an vorgelegter Maßlösung (Titrator) bis zur Entfärbung (Äquivalenzpunkt) titriert. Ein Ansäuern von NaNO 2 führt zur Bildung von HNO 2, die sich jedoch spontan zersetzt: NO 2 + H + HNO 2 3 HNO 2 HNO NO + H 2 O Folge: Bildung von nitrosen Gasen: 2 NO + O 2 2 NO 2 usw. 1. b) [4] Berechnen Sie, wie viel Milligramm Natriumnitrit eine 200-mL-Probe enthielt, wenn ein durchschnittlicher Verbrauch an Titrand von 9.6 ml pro 25 ml Titratorlösung (c = 0.02 mol L 1 ) registriert wurde. Aus der Reaktionsgleichung in 1a) folgt: 5/2 c 1 V 1 = c 2 V 2 c 2 V 2 (ist Titrand, also NaNO 2 ; M = g mol 1 ); c = n/v und n = m/m Lösungsansatz: m 2 (NaNO 2 ) = c 1 V 1 / V 2 V gesamt M(NaNO 2 ) 5/2 = (0.02 mol L L 0.2 L g mol 1 2.5) / L = g = mg. Anmerkung: ein sehr häufig auftretender Fehler war, dass die Begriffe Titrand und Titrator verwechselt wurden, dadurch wurde die Rechnung falsch.

3 Vorname: Nachname: 3/6 2. a) [6] Skizzieren Sie die Titrationskurve einer Titration von 2 mmol Glycin (mit 2 mmol Salzsäure versetzt, in insgesamt 200 ml Lösung) mit einer NaOH- Maßlösung (c = 0.5 mol L 1 ). Zeichnen Sie außerdem in dasselbe Diagramm ein, wie sich der Verlauf der Titrationskurve ändert, wenn vor Beginn der Titration der Lösung 1 mmol an Kupfer(II)-nitrat zugesetzt wurde. Begründen Sie (u.a. mit einer Reaktionsgleichung) die Veränderungen im Kurvenverlauf bei Anwesenheit der Kupfer(II)-Ionen, (pk S -Werte von Glycin: pk S1 = 2.35; pk S2 = 9.78). Aufgrund der Komplexbildung von Glycin mit Cu 2+ wird die doppelte Menge an NaOH-Maßlösung beim Zusatz von Cu 2+ zur Glycinlösung benötigt: Cu HL [CuL 2 ] + 2 H + Cu 2+ -Ionen und H + -Ionen konkurrieren sozusagen um den Säurerest (Ligand). Aus c 1 V 1 = c 2 V 2 folgt, dass bei einem Verbrauch von 4 ml NaOH-Maßlösung bei der Titration von Glycin allein der Titrationsgrad τ = 1 erreicht ist (sehr steiler Kurvenanstieg, zwei Pufferpunkte bei ph = 2.35 und 9.78). Aus dem oben gesagten heißt das für die Kurve bei Anwesenheit von Cu 2+, dass sie weiter nach rechts ausläuft, wobei ein steiler Anstieg dann erst bei einem Verbrauch vom 8 ml Maßlösung erreicht wird. Kurvenskizzen: s. Blatt 6 dieser Lösungen; die Pufferwirkung bei Zusatz von Cu 2+ am pk S2 ist nicht mehr gegeben. 2. [1] b) Geben Sie für die zuvor erwähnte erste Titration den ph-wert der Lösung an, bei dem der Titrationsgrad τ = 1 (erster Äquivalenzpunkt) erreicht ist. ph IP = ½ (pk s1 + pk s2 ) = 6.07.

4 Vorname: Nachname: 4/6 3. a) [3] In einem Praktikumsversuch hatten Sie festgestellt, dass sich Cr 3+ in saurer Lösung mit H 2 O 2 nicht oxidieren lässt. War dies aus der Potentiallage (vgl. Tabelle zu den Normalpotentialen im Anhang) zu erwarten? Welche Verbindung wäre Ihrer Meinung nach geeignet, um dennoch eine Oxidation zu Chrom(VI) in saurer Lösung zu ermöglichen? Geben Sie für den Vorgang eine Reaktionsgleichung an. Nein, im Prinzip sollte sich eigentlich (nach der gegebenen Potentiallage) Cr 3+ in saurer Lösung mit H 2 O 2 oxidieren lassen! Cr 2 O H e 2 Cr H 2 O (E 0 = 1.33 V) H 2 O H + + 2e 2 H 2 O (E 0 = 1.78 V) Die Reaktion ist wahrscheinlich kinetisch gehemmt (war nicht gefragt!) Peroxodisulfat (s. Potentialwerte in der Tabelle) oxidiert jedoch in saurer Lösung: 2 Cr S 2 O H 2 O Cr 2 O SO H +. (Anmerkung: viele hatten hier nun MnO 4 als Oxidationsmittel angeboten, das wurde i.d.r. mit einem Punkt bewertet. Es funktioniert aber nicht in saurer Lösung, sondern eher im basischen Milieu.) 3. b) [3] Geben Sie eine Lewisformel für Peroxomonoschwefelsäure an, und schreiben Sie die formalen Oxidationsstufen über die Elementsymbole der von Ihnen gewählten Formel. In einem technischen Verfahren wird diese Säure durch Hydrolyse von Peroxodischwefelsäure gewonnen. Geben Sie eine Reaktionsgleichung dafür an. Analysieren Sie, ob es sich hierbei um eine Redoxreaktion handelt. HO SO 2 O OH (in Formulierung mit der Oktettschreibweise), in der Peroxogruppe bekommt jedes Sauerstoffatom die Oxidationszahl I. H 2 S 2 O 8 + H 2 O H 2 SO 5 + H 2 SO 4 Es liegt keine Redoxreaktion vor, da sich die Oxidationszahlen nicht ändern, in der Peroxomonoschwefelsäure liegt wie in der Peroxodischwefelsäure eine Peroxogruppe vor.

5 Vorname: Nachname: 5/6 3. c) [1] Geben Sie eine Lewisformel für das Hyperoxid-Ion an. Schreiben Sie zudem die formalen Oxidationsstufen über die Elementsymbole der Formel. I +/ 0 +/ 0 I O O in Mesomerie zu O O Formeln mit Oktettüberschreitung sind nicht erwünscht, wie z.b. O = O 3. d) [3] Was passiert, wenn Kaliumhyperoxid mit Wasser versetzt wird? Geben Sie dazu eine Reaktionsgleichung an. Welcher Reaktionstyp liegt vor, und wie können sämtliche bei der Reaktion gebildeten Produkte nachgewiesen werden? 2 KO H 2 O H 2 O 2 + O KOH Reaktionstyp: Disproportionierung Nachweis von H 2 O 2 : mit Titanylsulfat oder als Chromperoxid Nachweis von Sauerstoff: Glimmspanprobe Nachweis der Hydroxid-Ionen: Indikatorpapier (basische Reaktion).

6 Vorname: Nachname: 6/6 Titrationskurven (hier am Beispiel Serin, H 2 N CH(CH 2 OH)-COOH, pk S1 = 2.21 und pk S2 = 9.15). Nur der blaue Kurvenverlauf war gefragt. Die Kurven sehen für Glycin ganz ähnlich aus.