Prüfung in Chemie für Studierende des Maschinenbaus und des Gewerbelehramts

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1 Prüfung in Chemie für Studierende des Maschinenbaus und des Gewerbelehramts Donnerstag, 1. März 2018, 8:00-11:00 Für die Bearbeitung der Aufgaben sind keine Hilfsmittel zugelassen. Ausländische Studenten dürfen ein Wörterbuch (Muttersprache zur deutschen Sprache) benutzen, das keine handschriftlichen Eintragungen enthalten darf. Jeder Versuch, Hilfsmittel zu benutzen, wird als Täuschung behandelt, führt zum unmittelbaren Ausschluss von der Klausur und zur Bewertung mit 5.0! Zahlenwerte, die ohne Rechnung bzw. ohne Begründung angegeben werden, bleiben ohne Wertung! Es genügen klar verständliche Stichworte als Antwort; es müssen keine Texte geschrieben werden. Für bildliche Darstellungen genügen Skizzen, die das Prinzip verdeutlichen. Die für jede Teilaufgabe maximal erreichbare Punktzahl ist in Klammern angegeben. Bewertung (Punkte/Note): 0-49, ,0 4,0 3,7 3,3 3,0 2,7 2,3 2,0 1,7 1,3 1,0 Aufgabe 1 a) Was unterscheidet ein Element von einer chemischen Verbindung und worin besteht der Unterschied zwischen den Isotopen ein und desselben Elements? (2 P) 7 b) Geben Sie die Bedeutung der Zahlen im Nuklid Li an! (1 P) 3 c) Was sagt das Pauli- Prinzip und was sagt die Hund sche Regel aus? (2 P) d) Geben Sie die Elektronenkonfiguration von Natrium (Na) und Stickstoff (N) an! (2 P) e) Erklären Sie, warum die Verbindungen Na 2O und NH 3 in genau dieser Stöchiometrie entstehen! (2 P) f) Wie groß ist das x und y bei Mg x(co 3) y, Ca x(po 4) y, Na xh(so 4) y (3 P) g) Beim analytischen Verfahren Atomabsorptionsspektrometrie werden Atome der zu analysierenden Substanz in den Strahlengang einer polychromatischen Lichtquelle eingebracht und in einem Detektor die Intensität des Lichts als Funktion der Wellenlänge gemessen. Welches Ergebnis erhält man? Welches für die Beschreibung des Aufbaus von Atomen wichtige Prinzip liegt der Methode zugrunde? (2 P) h) Geben Sie den räumlichen Aufbau von CO 2, SF 6, H 2O + und NH 4 an! Auf Welcher einfachen Theorie basiert Ihre Antwort? (3 P) i) Geben Sie die Lewis-Formeln von Methan (CH 4) und von Ammoniak (NH 3) an! (1 P)

2 j) Sie haben in einem 1l Gefäß 1 Mol N 2 und in einem 2l Gefäß 1 Mol O 2. Wie ist das Verhältnis der Anzahl Teilchen der in beiden Gefäßen eingeschlossenen Gase? Wie ist das Verhältnis der Massen der in beiden Gefäßen eingeschlossenen Gase? (2 P) Aufgabe 2 a) Was versteht man unter der Standard- Bildungsenthalpie einer Verbindung? Bei einer Reaktion erwärmt sich das Gemisch. Ist die Reaktionsenthalpie positiv oder negativ? (2 P) b) Geben Sie die Gibbs-Helmholtz Gleichung an! Formulieren Sie mit Hilfe dieser Gleichung ein Kriterium für freiwillig ablaufende Prozesse! Erklären Sie, warum beim Lösen eines Salzes in Wasser, die Lösung kalt werden kann und dennoch spontan abläuft (3 P) c) Formulieren Sie die Gleichgewichtskonstante K für die Reaktion 2 SO 2 + O 2 2 SO 3! Wie verschiebt sich das Gleichgewicht bei einer Erhöhung des Druckes? Wie verschiebt es sich bei einer Erhöhung der Temperatur? Wie nennt man das sich daher verborgene Prinzip? Hinweis: die Bildung von SO 3 aus SO 2 und O 2 ist exotherm (2 P) d) Was entsteht, wenn Sie SO 3 mit Wasser reagieren lassen? (1 P) e) Welche Oxidationszahlen haben die fett gedruckten Elemente in den Verbindungen HNO 3, Na 3VO 4, KClO 4, NO, SO 2, H 2S (3 P) f) Bestimmen Sie die stöchiometrischen Koeffizienten für folgende Redoxreaktionen: [] Cu + [] SO 4 + [] H + [] Cu 2+ + [] SO 2 + [] H 2O 2. [] Fe 2O 3 + [] CO [] Fe 3O 4 + [] CO 2 (1 P) g) Mg wird an Luft verbrannt. Was entsteht? Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und benennen Sie das Oxidations- und das Reduktionsmittel. (2 P) h) In 2 Bechergläsern liegt je ein Blech aus Zinn (Sn). In eines der Gläser füllen Sie eine 1-molare CuSO 4- Lösung, in das andere eine 1-molare FeSO 4- Lösung. Geben Sie für beide Gläser an, ob eine chemische Reaktion stattfindet! (1 P) i) Wie groß ist die Spannung eines Co/Zn-Elementes, wenn Sie 1 molare Lösungen von Cobalt(II)- und Zinksulfat verwenden? Welche Teilreaktionen laufen ab? (3 P) j) Nennen Sie je ein Beispiel für eine schwache Säure, eine schwache Base, eine starke Säure und eine starke Base! (2 P) k) Welchen p H-Wert haben die Lösungen einer 1 molaren Salzsäure (HCl) und einer 0,1 molaren Natronlauge (NaOH)? (2 P) l) Sie lassen ein Stück metallisches Natrium mit Wasser reagieren, welches den Indikator Phenolphthalein enthält. Welche Reaktion findet statt? Warum gibt es einen Indikatorumschlag und welches Gas wird entwickelt? (3 P)

3 Aufgabe 3 a) Was versteht man unter Treibhauseffekt und aufgrund welcher Eigenschaft trägt Kohlendioxid (CO 2) dazu maßgeblich bei? (2 P) b) Nennen Sie ein weiteres Gas welches auch einen Treibhauseffekt hat! (1 P) c) Nennen Sie die beiden unterschiedlichen Verbindungen, in denen elementarer Sauerstoff in der Luft vorkommt! Geben Sie für beide Formen die Summen- und die Valenzformel an! Worauf beruht die Bildung des Ozonloches? (3 P) d) Erklären Sie, warum H 2O flüssig und H 2 gasförmig sind. Warum löst sich KCl in Wasser? (2 P) e) Wie ändert sich der Aggregatzustände in der Reihe Chlor, Brom und Jod? Geben Sie den Grund an. (2 P) f) Ist Fluor oder Brom elektronegativer und Bor oder Sauerstoff? Wie erklären Sie dies? (2 P) g) Wie kann man die Gase Stickstoff, Sauerstoff und Argon gewinnen? Nennen Sie die Quelle und das prinzipielle Vorgehen. (2 P) h) Nennen Sie 2 Modifikationen des Kohlenstoffes und beschreiben Sie deren Struktur. (2 P) i) Nennen Sie einen Prozess, bei dem das giftige Gas CO entsteht und eine Reaktion, durch die es entfernt werden kann! (2 P) j) Wie wird Eisen hergestellt? Welcher Stoff dient als Reduktionsmittel? (2 P) k) Nach welcher Methode wird aus dem bei der Verhüttung von Kupfererzen gewonnenen Rohkupfer Reinstkupfer hergestellt? Geben Sie die Gleichungen der ablaufenden Reaktionen an! (3 P) l) Nennen Sie ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus fossilen Rohstoffen und formulieren Sie die zugehörige Reaktionsgleichung! (2 P) Aufgabe 4 a) Es gibt zwei organische Verbindungen mit der Summenformel C 2H 6O. Geben Sie die Lewis- Formeln beider Verbindungen an und ordnen sie die Verbindungen einer Verbindungsklasse zu! (2 P) b) Nennen Sie 4 für Benzol charakteristische Strukturmerkmale und zeichnen Sie die Lewis- Formeln der mesomeren Grenzstrukturen! (2 P) c) Zeichnen Sie die Lewis-Formel für Naphthalin und erklären Sie warum es sich hier um eine aromatische Verbindung handelt! (1 P) d) Zeichnen Sie die Lewis-Formeln für Toluol, ortho-xylol, meta-xylol und para-xylol (2 P) e) Erklären Sie die hohe Siedetemperatur von Alkoholen im Vergleich zu Alkanen mit gleicher Zahl an C- Atomen und erklären Sie, warum Ethan hydrophob, Ethanol hingegen hydrophil ist! (2 P) f) Geben Sie je ein Beispiel für einen Stoff der Verbindungsklassen der (a) Alkohole, (b) Ether, (c) Ester, (d) Aldehyde, (e) Ketone, (f) Carbonsäureamide und (g) Alkine an! Bennen Sie die von Ihnen gewählten Verbindungen nach IUPAC!! (3.5 P) g) Bennen Sie die Hybridisierung der 4 Kohlenstoffatome der folgenden Verbindung! Bennen Sie die Verbindung! Handelt es sich hier um konjugierte, kumulierte, oder isolierte Doppelbindungen? (2 P)

4 h) Erklären Sie anhand der Strukturformel von 2-Buten den Begriff cis-trans-isomerie! (1 P) i) Erklären Sie anhand einer einfachen Skizze den Unterschied zwischen einer einfachen Destillation (wie z.b. in der Schnapsbrennerei) und einer Rektifikation (wie z.b. bei der Erdölraffinerie)! (2 P) j) Nennen Sie mindestens 4 der 7 Plattformchemikalien der chemischen Industrie! (2 P) k) Wie ist der Name der unten gezeigten Verbindung? Welche Bedeutung hat diese Verbindung für die Bestimmung der Oktanzahl beim Benzin? (2 P) l) Was ist eine Radikalkettenreaktion? Erläutern Sie den Reaktionsmechanismus anhand der radikalischen Polymerisation! (2 P) m) Was versteht man unter einem Makromolekül und was unter Polymerisation? (1 P) n) Geben Sie die Konstitutionsformeln der charakteristischen Gruppen von Polyethylen, Polyvinylchlorid und Polyacrylnitril an! Aus welchen Monomeren werden die genannten Polymere hergestellt? (2 P) o) Welche allgemeine Summenformel haben Kohlenhydrate? (1 P) p) Wie ist die Strukturformel von Glukose? (1 P) q) Zeichnen Sie die typische Atomanordnung von Aminosäuren! Wie liegen diese Aminosäuren typischerweise vor und was verbirgt sich hinter dem Begriff Zwitterion? Welche wichtigen Stoffe werden aus Aminosäuren aufgebaut? (1,5 P)

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