Klausur zum Vorkurs des Chemischen Grundpraktikums WS 2017/18 vom

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1 Klausur zum Vorkurs des Chemischen Grundpraktikums WS 2017/18 vom A1 A2 A3 A4 A5 Note NAME:... VORNAME: LÖSUNGSSTICHPUNKTE 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. Die Klausur gilt als bestanden, wenn 50% der erreichbaren Punkte erzielt werden. Wichtig: 1. Schreiben Sie bitte auf jedes Blatt oben Ihren Namen. 2. Schreiben Sie nach Möglichkeit 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 5 Aufgaben auf insgesamt 9 Blättern (PSE und 1 Schmierblatt als Anhang).

2 Vorname: Nachname: 2/8 1. [4] a) Eine Salzsäure mit einem Massenanteil von w = weist bei einer Temperatur von K eine Dichte von = 1.19 g cm 3 auf. Welche Masse wird für einen Liter der Lösung berechnet? Welche Stoffmengenkonzentration errechnet sich unter den angegebenen Bedingungen für die Säure? 1 L wiegt 1190 g = 1.19 kg Als Molarität errechnet sich c = mol / L 1. [6] b) Berechnen Sie die ph-werte für folgende Lösungen: Natronlauge (c = 0.05 mol L 1 ), Chlor(VII)-säure (c = 0.15 mol L 1 ); Wässrige Ammoniaklösung mit w = , = g cm 3 (bei K ); pks (NH4 + ) = NaOH: [OH ] = 0.05 poh = lg [OH ] = 1.30 poh + ph = 14 ph = 14 poh = ph = HClO4: ph = lg [H3O + ] = lg (0.15) = 0.82 NH3-Lösung: = 992 g / L (bei 100%), aber nur zu 1.43% enthalten (s.o.) hier: 992g / L x = g/l 1 molar bedeutet z.b g /L, also für diesen Fall: / = molar. c = mol/l (entspricht c0) pks + pkb = 14 also ist der pkb von Ammoniak: = 4.75 ph = 14 ½ (pkb lg [NH3]) = 14 ½ (4.75 lg 0.833) =

3 Vorname: Nachname: 3/8 2. [4] a) Eine reine Verbindung wurde elementaranalytisch charakterisiert. Welche Summenformel errechnet sich für diese Verbindung, wenn sich dabei eine Zusammensetzung von w(na) = und w(al) = ergab. Bei dem dritten, noch fehlenden Bestandteil, handelte es sich um das Element Fluor. Fehlender Anteil zu 100% ist Fluor: w(f) = Lösung zweckmäßigerweise in Tabellenform wie in der Vorlesung besprochen ergibt die Formel: Na3AlF6 2. [2] b) Wie viel Gramm Wasser entsprechen 0.8 mol der reinen Verbindung? Wie viele H- und wie viele O-Atome sind in dieser Stoffportion enthalten? M(H2O) = g /mol 0.8 mol = g 1 mol = Teilchen pro mol 2 H-Atome: = H-Atome 1 O-Atom: = O-Atome.

4 Vorname: Nachname: 4/8 2. [4] c) Wie viele Protolysestufen sind für eine Phosphorsäure theoretisch in Betracht zu ziehen? Formulieren Sie für jede einzelne Stufe eine entsprechende Reaktionsgleichung. Welche der Stufen hat in der Praxis keine Bedeutung und warum? Geben Sie außerdem eine Abstufung in der Größe der Zahlenwerte der entsprechenden pks-werte an! Drei Stufen: H3PO4 + H2O H2PO4 + H3O + pks1 H2PO4 + H2O HPO4 2 + H3O + pks2 HPO4 2 + H2O PO4 3 + H3O + pks3 Die dritte Stufe hat praktisch keine Bedeutung, da das Gleichgewicht stark auf der linken Seite liegt und die Lösung stark basisch reagiert. Zudem gibt es keinen Indikatorfarbstoff, der diesen Äquivalenzpunkt erfassen würde. Generelle Regel: pks1 pks2 pks3.

5 Vorname: Nachname: 5/8 3. [6] a) Im Kapitel Salze des Praktikums haben Sie eine Verfahrensweise kennengelernt, wie Carbonat nachgewiesen wird. Welchem Grundprinzip folgt diese Reaktion, wenn Sie sich dabei zunächst auf die Flüchtigkeit von Verbindungen beziehen? Formulieren Sie in diesem Zusammenhang eine Gleichung für die Reaktion von Calciumcarbonat mit verdünnter Schwefelsäure. Berechnen Sie, welches Gasvolumen (Angabe in dm 3 ) bei einem vollständigen Umsatz von 0.75 mol dieses Carbonats bei einer Temperatur von K theoretisch zu erwarten ist. Wie wird schließlich das entstehende Gas im Zusammenhang mit dem Carbonat-Nachweis identifiziert? (Reaktionsgleichung!) Analysieren Sie außerdem, ob es sich bei den gefragten Reaktionen um Redoxprozesse handelt. Begründen Sie dabei ihre Entscheidung. Die schwerer flüchtige Säure treibt die leichter flüchtige Säure aus ihren Salzen aus. (Nicht zu verwechseln mit der Säurestärke, was leider öfter vorkam!) CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + H2O + CO2 1 mol Gas bedeutet: 22.4 L werden frei. Bei 0.75 mol sind das 16.8 L = 16.8 dm 3 (1L = 1dm 3 ) Nachweisreaktion von CO2: Einleiten in Kalk- bzw. Barytwasser: CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O (weißer Niederschlag, der sich wieder beim Ansäuern auflöst) Es liegen keine Redoxreaktionen vor, da sich Oxidationszahlen nicht ändern (Säure/Base-Reaktionen).

6 Vorname: Nachname: 6/8 3. [4] b) Welche chemischen Formeln ergeben sich für die folgenden (reinen) Verbindungen: Calciumchlorit: Ca(ClO2)2 Natriumsulfit: Na2SO3 Kaliumnitrit: KNO2 Natriumsulfat-Decahydrat ( Glaubersalz ) Na2SO4 10 H2O Natriumsulfid: Na2S Bariumperoxid: BaO2 Aluminiumsulfat: Al2(SO4)3 Aluminiumdihydrogenphosphat: Al(H2PO4)3

7 Vorname: Nachname: 7/8 4. [5] a) Im Praktikum haben Sie in einem Experiment Aluminium mit verdünnter Natronlauge versetzt, dabei konnte nach Reaktionsbeginn ein Gas aufgefangen werden, das anschließend durch eine Verbrennungsreaktion nachgewiesen wurde. Was passiert bei diesen Reaktionen? Begründen Sie Ihre Antwort mit Hilfe von Reaktionsgleichungen, die Sie aus Teilgleichungen herleiten. Welche Gefahr geht von dieser Reaktion aus, und welche Sicherheitsmaßnahmen sind dabei zu beachten? 2 Al + 2 NaOH + 6 H2O 2 Al(OH)3 + 3 H2 evtl. mit nachfolgender Komplexbildung formuliert als: 2 Na[Al(OH)4] aus den beiden Teilgleichungen herleiten! Gefahr: evtl. Entzündung des Wasserstoffs durch nachfolgende Knallgasreaktion, im Abzug arbeiten und Zündquellen fernhalten. 4. [5] b) In einem anderen Experiment haben Sie festes Kaliumpermanganat mit konzentrierter Salzsäure versetzt. Was beobachten Sie in diesem Versuch? Welche Gefahr geht von dieser Reaktion aus? Begründen Sie Ihre Antwort ebenfalls mit Hilfe einer Reaktionsgleichung, die Sie aus Teilgleichungen herleiten. Welche Sicherheitsmaßnahmen sind hierbei unbedingt zu beachten? 2 MnO H Cl 2 Mn Cl2 + 8 H2O aus den beiden Teilgleichungen herleiten! Da giftiges Chlorgas entsteht muss unter einem gut ziehenden Abzug gearbeitet werden! Anmerkung: Ungefähr die Hälfte der Teilnehmer hat hier mit Braunstein formuliert, was völlig unverständlich ist! Bei der konzentrieren HCl arbeitet man stark sauer, da würde sich Braunstein lösen und ebenfalls Chlorgas bilden. Ich frage mich, wer das mit dem Braunstein erzählt hat? Braunstein bildet sich nur im sehr schwach sauren bzw. neutralen oder basischen Milieu!

8 Vorname: Nachname: 8/8 5. [2] a) Ihnen liegen zwei Lösungen von Essigsäure der Stoffmengenkonzentration c0 = 1 mol L 1 bzw. c0 = mol L 1 vor. Gegeben: pks(acoh) = Wir gehen davon aus, dass sich in der wässrigen Lösung ein chemisches Gleichgewicht eingestellt hat. Berechnen Sie näherungsweise den ph-wert für beide Lösungen. ph = ½ (pks lg c0) 1 mol/l : ph = mol/l: ph = [8] b) Eine unbekannte Salzsäure soll mit einer Natronlauge-Maßlösung durch Säure-Base-Titration bestimmt werden. Warum eignen sich hierbei viele beliebige Farbindikatoren? (Beachten Sie, dass diese meist Umschlagspunkte zwischen ph = 4 und ph = 10 aufweisen.) Für eine Bestimmung von Essigsäure mit der Natronlauge sind jedoch nur wenige Indikatoren geeignet, welcher ist der Bekannteste hierfür? Erklären Sie die Sachverhalte genauer durch Skizzen der Titrationskurven mit den notwendigen Erläuterungen dazu. (Annahme: c0 = 0.1 mol L 1 jeweils für Säure und Lauge in den Skizzen, nächstes Blatt verwenden!). NaOH/HCl: viele Indikatoren sind anwendbar, da die Kurve im Bereich von ca. ph = 3 bis ph = 11 fast senkrecht ansteigt (vgl. ausgegebene Titrationskurve 0.1 n HCl mit 0.1 n NaOH). Für die Titration von CH3COOH (z.b. 0.1 n) mit 0.1 n NaOH steigt die Kurve erst im Bereich von ph = 7 bis ph = 11 steil an, und der Äquivalenzpunkt liegt im Umschlagsbereich des Indikators Phenolphthalein (8 10), also optimal. D.h., Methylorange oder Methylrot (o.a.) sind ungeeignet, den Äquivalenzpunkt vernünftig zu indizieren (vgl. ausgegebene Titrationskurve).

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