BITTE AUSFÜLLEN BITTE HALTEN SIE IHREN STUDENTAUSWEIS BEREIT. Matr.-Nr. Name: Vorname: Unterschrift:

Transkript

1 PUNKTZAHL NOTE Klausur zur Vorlesung "Grundzüge der Chemie" für Studierende des Maschinenbaus und des Studiengangs Umwelttechnik und Ressourcenmanagement Termin: 12. Juni 2001 Ort: HMA 10 Zeit: Uhr Dauer: 120 Minuten BITTE AUSFÜLLEN BITTE HALTEN SIE IHREN STUDENTAUSWEIS BEREIT Matr.-Nr. Name: Vorname: Unterschrift: AUFGABE / max. Punktzahl 1 / 1,0 2 / 3,0 3 / 2,0 4 / 4,0 5 / 7,0 6 / 2,0 7 / 4,5 8 / 3,0 9 / 4,0 10 / 6,0 11 / 3,0 12 / 4,0 13 / 8,0 PUNKTZAHL Σ Anmerkung

2 Klausur zur Vorlesung Grundzüge der Chemie für Student(inn)en der Fächer Maschinenbau und Umwelttechnik und Ressourcenmanagement 2 Bei den Rechenaufgaben sind die verwendeten Formeln, Ansätze und die wesentlichen Zwischenergebnisse aufzuschreiben. Die erreichbare Gesamtpunktzahl ist in eckigen Klammern angegeben; erreichbare Zwischenpunktzahlen sind in runden Klammern angegeben. (Maximalpunktzahl: 51,0; zum Bestehen der Klausur benötigte Punktzahl: 25,5) 1. Wieviel Neutronen weist das Isotop 27 Al auf? [1,0] 14 Neutronen 2. Wie groß ist der Massenanteil in Prozent von Phosphor in den beiden Oxiden PO und P 2 O 5? [3,0] M (PO) = 46,974 g/mol (0,5) 30,974g / mol Stoffmengenanteil P in PO: 100% = 66% M ( PO) M (P 2 O 5 ) = 141,948 g/mol (0,5) 61,948g / mol Stoffmengenanteil P in P 2 O 5 : 100% = 44% M ( P2O5) 3. Ein Element besteht zu 90,51% aus einem Isotop der Masse 19,992 u, 0,27% eines Isotops der Masse 20,994 u und 9,22% eines Isotops der Masse 21,990 u. Bestimmen Sie die mittlere Atommasse dieses Elements. [2,0] 0,9051 x 19,992 u + 0,0027 x 20,994 u + 0,0922 x 21,990 u = 20,179 u (2,0) (Einheiten vergessen 1,0 Punkte Abzug) 4. 2,00 g Cyclohexan (C 6 H 12 ) werden vollständig verbrannt. [4,0] a) Stellen Sie eine stöchiometrisch richtige Reaktionsgleichung auf. Tipp: Obwohl es sich um eine Redoxreaktion handelt, kann man allein durch das Ausgleichen der Stoffbilanzen die Gleichung richtigstellen. C 6 H O 2 6 CO H 2 O (2,0) b) Wieviel Gramm CO 2 werden gebildet? Geben Sie das Ergebnis auf 0,01g genau an. M(C 6 H 12 ) = 84,161 g/mol (0,5); 2,00 g n(c6 H12 ) = = 0, 0238 mol M(C6H12 ) (0,5) M (CO 2 ) = 44,011 g/mol (0,5); n(c 6 H 12 ) x M(CO 2 ) x 6 = 6,28 g(0,5)

3 3 5. Formulieren Sie für die folgenden Moleküle Valenzstrichformeln. Geben Sie alle gebundenen und freien Elektronenpaare und ggf. Formalladungen an. Sagen Sie unter Anwendung des VSEPR-Modells die Molekülstrukturen und ggf. die jeweilige Pseudostruktur voraus. HCN, NO 2, CH 4, XeF 3 + (für XeF 3 + nur Einfachbindungen formulieren), [7,0] 6. Für eine Verbindung der empirischen Formel CH 2 O wird experimentell eine molare Masse von 180 g mol -1 gefunden. Welche Summenformel weist das Molekül auf? (Lösungsweg muss angegeben werden!) [2,0] M(CH 2 O) = g mol -1. (0,5) ,027 = 6 (0,5) Summenformel: C 6 H 12 O 6

4 4 7. Die Anordnung der Metallatome im metallischen Kupfer läßt sich durch eine kubisch-dichteste Kugelpackung beschreiben. [4,5] a) Geben Sie die Struktur des Kupfers an, indem Sie geeignete Schnitte der Elementarzelle wählen. Bezeichnen Sie die Achsen und geben Sie das Kristallsystem an. kubisches Kristallsystem (0,5) b) Geben Sie die Koordinationszahl (CN) von einem Kupferatom an. CN = 12 c) Nennen Sie die für diesen Strukturtyp typische Schichtabfolge (Stapelfolge der Kupferschichten). ABC 8. Ein ideales Gas nimmt bei einer Temperatur von 250 K eine Volumen von 10 L ein. Bei konstantem Druck wird die Temperatur auf 100 K erniedrigt. Welches Volumen nimmt das Gas ein? [3,0] Ideales Gasgesetz: pv = nrt V 1 = konst T 1 und V 2 = konst T 2 T 2 100K V 2 = V 1 = 10L = 4L T 1 250K

5 5 9. Die Löslichkeit von SrF 2 in Wasser beträgt bei 25 C 6 x 10-4 mol L -1. Geben Sie das Lösungsgleichgewicht an und bestimmen Sie das Löslichkeitsprodukt L. [4,0] SrF 2 (s) Sr 2+ (aq) + 2 F (aq) Löslichkeit x(srf 2 ) = c(sr 2+ ) = 0,5 c(f ); c(f ) = 2c(Sr 2+ ) L = c(sr 2+ ) c 2 (F ) = 4 c 3 (Sr 2+ ) = 4 (6 x 10-4 mol L) 3 = 8,6 x mol 3 L Stellen Sie die folgenden Redoxgleichungen stöchiometrisch richtig. Geben Sie die Oxidationszahlen aller beteiligten Elemente und die Halbreaktionen an. [6,0] a) Reaktion von Silicium in alkalischer wässriger Lösung: Oxidationszahlen müssen auch angegeben sein! Si(s) SiO 3 2 (aq) + H 2 (g). Ox.: Si(s) + 6 OH SiO 3 2 (aq) + 4 e + 3H 2 O Red.: 2 H 2 O + 2 e H 2 (g) + 2 OH x 2 Si(s) + 2 OH + H 2 O SiO 3 2 (aq) + 2 H 2 b) Reaktion von Zink in saurer wässriger Lösung: Oxidationszahlen müssen auch angegeben sein! Zn(s) + NO 3 Zn 2+ (aq) + NH 4 + (aq) Ox.: Zn(s) Zn 2+ (aq) e x 4 Red.: NO e + 10 H + NH 4 + (aq) + 3 H 2 O 4 Zn(s) + NO H + 4 Zn 2+ (aq) + NH 4 + (aq) + 3 H 2 O

6 6 11. Für die folgenden Reaktion herrscht chemisches Gleichgewicht. [3,0] H 2 O (g) + CO (g) H 2 (g) + CO 2 (g) a) Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante K C für die folgenden Gleichgewichtskonzentrationen: c(h 2 O) = 0,28 mol/l, c(co) = 0,28 mol/l, c(h 2 ) = 0,32 mol/l, c(co 2 ) = 0,32 mol/l KC c( H 2) c( CO2) = c( H 2O) c( CO) 0,32 0,32 = = ,28 0,28 b) Es wird eine bestimmte Menge an CO zugegeben, wobei Druck und Temperatur konstant gehalten werden. Wie hat sich die Konzentration von H 2 O geändert, nachdem sich das Gleichgewicht wieder eingestellt hat? c(h 2 O) ist kleiner geworden. 12. Wird die folgende Reaktion freiwillig von links nach rechts ablaufen, wenn alle Stoffe in Konzentrationen von je 1 mol L -1 vorliegen? Schreiben sie auch die Halbreaktionen auf. [4,0] Merke: Genau betrachtet müsste man mit Aktivitäten rechnen. Wir arbeiten hier als Näherung mit Aktivitätskoeffizienten von eins. Ni(s) + Cd 2+ (aq) Ni 2+ (aq) + Cd(s) Gegeben: E o (Ni 2+ /Ni) = 0,230 V und E o (Cd 2+ /Cd) = 0,400 V Ox.: Ni(s) Ni 2+ (aq) + 2 e E 1 = 0,230 V Red.: Cd 2+ (aq) + 2 e Cd(s) E 2 = 0,400 V EMK = E 1 + E 2 = 0,170 V Reaktion läuft nicht freiwillig von links nach rechts ab.

7 7 13. Beantworten Sie kurz die folgenden Fragen. [8,0] a) Welche Ladung hat ein Mol Elektronen? C b) Welches Element verfügt über 27 Protonen? Kobalt (oder Co) c) Im ionisch aufgebauten Magnesiumnitrid, Mg x N y, haben die Magnesium- und die Stickstoff-Ionen Edelgaskonfiguration. Wie lautet die Summenformel der Verbindung? Mg 3 N 2 d) Nennen Sie die Molekülformeln der beiden Hauptbestandteile der Luft. N 2 (0,5) und O 2 (0,5) e) Wie heißt die Zustandsfunktion, die man betrachten muss, um über die Spontaneität einer chemischen Reaktion eine Aussage zu machen? Geben Sie den Namen und das Symbol an. G (0,5) ; Freie Reaktionsenthalpie (0,5) f) Nennen Sie eine schwache Säure. Essigsäure oder Blausäure oder... g) Geben Sie den Zusammenhang zwischen dem ph-wert und der Protonenkonzentration an. (Gilt in ideal verdünnten Lösungen.) ph = -log c(h 3 O + ) h) Geben Sie die korrespondierende (oder konjugierte) Base zur Schwefelsäure an. HSO 4