Klausur zur Vorlesung "Allgemeine und Anorganische Chemie" für Studierende der Biochemie

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1 Name, Matrikel-Nr. 1 Klausur zur Vorlesung "Allgemeine und Anorganische Chemie" für Studierende der Biochemie , Experimentierhörsaal Bitte schreiben Sie sauber und ordentlich! Tragen Sie auf jeden Klausurbogen Ihren Namen und Ihre Matrikelnummer ein. ür Überlegungen und Berechnungen können die Rückseiten der Klausurbögen verwendet werden. ür nicht lesbare Ausdrücke werden keine Punkte vergeben. ür diese Klausur werden Punkte vergeben. Es können maximal 100 Punkte erreicht werden. Die Klausur wird als bestanden gewertet, wenn mindestens 50 Punkte erreicht wurden. Werden die geforderten 50 Punkte nicht erreicht, ist die Teilnahme an der Wiederholungsklausur möglich (Termin r. 3 März, 9:00-10:30 Uhr). inweis: Schildern Sie, wie Sie das Ergebnis erhalten haben. Gefragt wird nach dem Stoff, der in der Vorlesung erarbeitet wurde oder im Lehrbuch dokumentiert ist. Geben Sie nur ein Ergebnis an. Ionengleichungen dürfen angegeben werden, sie müssen aber ausgeglichen sein! P 1P 3P 3P 2P 4P 3P 4P 1P 4P 3P 3P 4P Maximale Punktzahl Erreichte Punktzahl P 5P 7P 10P 3P 10P 3P 2P 4P 6P 2P 2P Maximale Punktzahl Erreichte Punktzahl

2 Name, Matrikel-Nr. 2 I. Energetik chemischer Reaktionen 1) Wie kann man die reie Reaktionsenthalpie G R bestimmen, wenn für die folgende Reaktion die Standardbildungsenthalpien ( f 0 ) und die Standardentropien (S 0 ) der Reaktionsteilnehmer bekannt sind (3P)? 4 A + 2 B 2 2 (AB) 2 R = 2 0 f ((AB) 2 ) [4 0 f (A)+ 2 0 f (B 2 )] S R = 2 S 0 (AB) 2 (4 S 0 (A) + 2 S 0 (B 2 )) G R = R T S R 2) Wer hat bei 100 C die kleinere Entropie: kochendes Wasser oder Wasserdampf? kochendes Wasser 3) Ist es denkbar, dass eine Reaktion mit positiver Reaktionsenthalpie freiwillig abläuft (kurze Begründung mit ormel, 3P)? G R = R T S R, => T S R > = R endotherme Reaktionen können nur ablaufen, wenn die Entropie größer wird und die Temperatur hoch genug ist. (2P) 4) Welche der folgenden Reaktionen laufen ab (kurze Begründung, 3P)? a) Cu 2+ + e Cu + e 2+ b) Cu Cu c) 2 Al Cu 2 Al + 3 Cu 2+ d) Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu Antwort: a, d; e und Zn sind unedler als Cu 2+ ; Cu ist edler als Al 3+, + (2P) II. Chemisches Gleichgewicht 5) a) Wie lautet das Massenwirkungsgesetz für die Reaktion A B + C? b) Nehmen Sie an, dass bei 250 C in einem Einliter-Gefäß folgende Konzentrationen vorliegen: [A] = 2 mol/l, [B] = 1 mol/l, [C] = 1 mol/l. Der Wert von K c beträgt 3 mol/l. In welche Richtung verläuft die Reaktion (bitte Rechenweg angeben, 1P)? a) A B + C K c = [B][C]/[A]

3 Name, Matrikel-Nr. 3 b) Q = 1 1 / 2 = 0.5 mol/l => Q < Kc, die Reaktion verläuft von links nach rechts. 6) Die Reaktion C(s) + C 2 (g) 2 C(g) ist von links nach rechts endotherm. Wie wird das Gleichgewicht beeinflusst, wenn (4P): a) C 2 zugesetzt wird? b) C(s) weggenommen wird? c) die Temperatur erhöht wird? d) der Druck verringert wird? Nach dem Prinzip von LeChatelier verlagert sich das Gleichgewicht a) nach rechts b) keine Verlagerung c) nach rechts d) nach rechts 7) Welche der folgenden Aussagen treffen zu (3P)? a) Im Gleichgewicht ist G gleich 0. b) Die freie Reaktionsenthalpie G liefert ein Kriterium für den freiwilligen Ablauf eines Vorgangs. c) Ein positiver Wert für G zeigt an, dass die Reaktion freiwillig abläuft. d) Aus der freien Standard-Reaktionsenthalpie G 0 kann berechnet werden, wie vollständig eine Reaktion abläuft und wie die Gleichgewichtslage ist. richtige Antworten: a, b, d G = G + R T ln Q; Q: Reaktionsquotient G = 0, G = R T ln K; K: Gleichgewichtskonstante (3P) 8. Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsgleichungen (4P). Cu() 2 + C 3 C Cu 2 + C 3 C + 2 Cu + N 3 Cu(N 3 ) 2 + N Cu() C 3 C 1 Cu C 3 C (5 0.4P) 3 Cu + 8 N 3 3 Cu(N 3 ) N (5 0.4P) III. Aggregatzustände und Phasen 9. Warum hat Wasser einen höheren Siedepunkt als Schwefelwasserstoff? Wassermoleküle bilden stärkere Wasserstoffbrücken-Bindungen aus.

4 Name, Matrikel-Nr Ein Behälter mit einem Volumen von 10 L wird bei 0 C mit einem idealen Gas auf einen Druck von 100 kpa gefüllt. Bei welcher Temperatur (in Grad Celsius) steigt der Druck auf das Doppelte (Geben Sie die relevanten ormeln und den Rechenweg an, 4P)? p 1 /T 1 = p 2 /T 2 p 2 = 2 p 1 T 2 = T 1 2, => T = 273 C 11) Welche der Aussagen sind richtig (3P)? a) Argon lässt sich leichter verflüssigen als Neon. b) Es gibt nur wenige Gase, die sich oberhalb der kritischen Temperatur verflüssigen lassen. c) Der kritische Druck ist der Mindestdruck, der zur Verflüssigung des Gases bei seiner kritischen Temperatur benötigt wird. d) Gleiche Volumina der Gase e und C 4 enthalten bei gleichem Druck und gleicher Temperatur die gleiche Anzahl von Molekülen. a), c), d) (3P) IV. Atomlehre und Periodensystem 12) Wie viele Protonen, Neutronen und Elektronen besitzen die folgenden Isotope: und (3P)? : 17 Protonen, 17 Elektronen, 18 Neutronen (3 0.5 = 1.5P) : 17 Protonen, 17 Elektronen, 20 Neutronen (3 0.5 = 1.5P) 13) Geben Sie die Elektronenkonfigurationen der folgenden Atome und Ionen an: B 3+, Mn 2+, Ti 4+, Ga 3+ (4P) a) 1s 2, 2s 0 2p 0 b) 1s 2, 2s 2 2p 6, 3s 2 3p 6, 4s 0 3d 5 4p 0 c) 1s 2, 2s 2 2p 6, 3s 2 3p 6, 4s 0 3d 0 4p 0 d) 1s 2, 2s 2 2p 6, 3s 2 3p 6, 4s 0 3d 10 4p 0 14) Worauf beruhen die Schrägbeziehungen, die zwischen manchen Elementen im Periodensystem bestehen? Geben Sie drei Beispiele für die Schrägbeziehungen an, die zwischen Be und Al bestehen. Beschreiben Sie dabei jeweils auch die Eigenschaft der entsprechenden Magnesium-Verbindung (8P). a) ähnliche Ionenradien, ähnliche Ionisierungsenergien (Elektronegativitäten) (2P)

5 Name, Matrikel-Nr. 5 b1) Amphoterie von Be() 2 und Al() 3 ; Mg() 2 ist basisch (2P) b2) Lewis-Acidität von Be 2 und Al 3 ; Mg 2 ist neutral (2P) b3) Auflösung von Be und Al in Alkali-Lauge unter 2 -Entwicklung; (2P) Mg löst sich nur in Säuren 5. Bindung 15) Welche Bindungstypen liegen in den folgenden Verbindungen bzw. Stoffen vor (5P)? a) I 2 b) Cs c) Mn d) C(Diamant) e) N 3 a,e) kovalent (3P) b) ionisch c) metallisch 16) Skizzieren Sie das M-Diagramm für zweiatomige Moleküle der zweiten Periode. Bestimmen Sie damit anschließend die Zahl der ungepaarten Elektronen und die Bindungsordnungen der folgenden Moleküle: 2, N 2, 2 2, N, N + (7 P). σ 2p π 2p 2px,2p y,2p z π2p 2p x,2p y,2p z σ2p 2s σ 2s 2s σ2s (2P) 2 : 2 ungepaarte Elektronen, B = 2 (2 0.5 P = 1 P) N 2 : 0 ungepaarte Elektronen, B = 3 (2 0.5 P = 1 P) 2 2 : 0 ungepaarte Elektronen, B = 1 (2 0.5 P = 1 P) N: 1 ungepaartes Elektron, B = 2.5 (2 0.5 P = 1 P) N + : 0 ungepaarte Elektronen, B = 3 (2 0.5 P = 1 P) 17) Notieren Sie für die folgenden Moleküle bzw. Ionen die Lewis-ormel. Berücksichtigen Sie auch die freien Elektronenpaare und die ormalladungen: C 4, C 2, N 2 4, Si 4, N 2 4, S 2 8 2, S 4 6 2, S 2 3 2, 2 S, (10P).

6 Name, Matrikel-Nr. 6 C C N N Si N N S S S S S S S S S je 1 P 18) ormulieren Sie alle mesomeren Grenzformeln für das Carbonat-Ion (3 P). je 1 P 19) Skizzieren Sie mit ilfe der Regeln der VSEPR-Theorie die Struktur der folgenden Ionen und Moleküle: 2 S 3, B 3, P 3, Si 4, S 4, P 5, Br 5, S 6, 4, 4 +. Bezeichnen Sie auch die Molekülgestalt (z.b. trigonal-planar, etc.; 10 P))

7 Name, Matrikel-Nr. 7 S pyramidal B trigonalplanar P pyramidal Si tetraedrisch S P Br S trigonalbipyramidal, äquatoriale Position des freien EP trigonalbipyramidal quadratischpyramidal, oktaedrisch quadratisch trigonalbipyramidal, äquatoriale Position des freien EP je 1 P Stoffchemie 20) Welche Verbindungen entstehen bei der Elektrolyse einer wäßrigen NaBr-Lösung (3P)? Es entstehen Na, Br 2 und 2. (je 1 P) 21) Welche Verbindungen entstehen bei der Elektrolyse von geschmolzenem K (2P)? Es entstehen K und 2. (je 1 P)

8 Name, Matrikel-Nr. 8 22) In der Technik stellt man Schwefelsäure nach dem Kontaktverfahren her. Ausgangsmaterial ist Schwefel. Geben Sie die relevanten Reaktionsgleichungen an (4P)? S + 2 S 2 (1 P) S / 2 2 S 3 (Katalysator: V 2 5 ) (1 P) S S 4 2 S 2 7 (1 P) 2 S S 4 (1 P) Säuren und Basen 23) Wie reagieren Lösungen der Salze Na 2 P 4 bzw. Na 2 P 4 in Wasser? Begründen Sie ihre Antwort (inweis: die pk s -Werte für 3 P 4 betragen pk S1 = 2.12, pk S2 = 7.20, pk S3 = 12.0; 6P). a) Na 2 P 4 2 P P pk s1 = 7.20 (1 P) 2 P P 4 + pk B3 = (1 P) da K S1 > K B3 reagiert die Lösung schwach sauer (1 P) (der saure Charakter von 2 P 4 überwiegt) b) Na 2 P 4 P P pk s3 = (1 P) P P 4 + pk B2 = 6.80 (1 P) da K B2 > K S3 reagiert die Lösung schwach alkalisch (1 P) (der basische Charakter von P 2 4 überwiegt) 24) Bei einem Acetat-Puffer beträgt das Konzentrationsverhältnis von Dihydrogenphosphat zu ydrogenphosphat 1:1 (C 3 C, pk s = 4.75). Welchen p-wert hat die Lösung (2P)? p = pk S log [C 3 C]/[C 3 C 2 ] (1 P) p = pk S = 4.75 (1 P) 25) Ammoniak ist eine schwache Base (der pk B -Wert von N 3 beträgt 4.75). Welchen p- Wert erzeugt eine 0.1-molare Lösung von N 3 in Wasser? (2P) p = 1 / 2 (pk B log c 0 ) = 1/2 ( ) = 2.85 (1 P) p = 14 p = (1 P)