Naturwissenschaften, Teil Chemie

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1 Die Prüfung Naturwissenschaften dauert insgesamt 4 Stunden Sie umfasst die drei gleichwertigen Teile Biologie, Chemie und Physik à je 80 Minuten: Kand.-Nr.: Note: Name, Vorname Für die Korrigierenden Korrigierender:... Punktemaximum: 84.5 Punkte Erreichte Punktzahl:... Note Teil Chemie:... Verfasser: Zeit: ilfsmittel: inweise: M. Suter, G. Rutz 80 Minuten (von total 4 Stunden) Taschenrechner und Formelsammlungen gemäss Weisungen 1. Die Antworten sind direkt auf die Aufgabenblätter zu schreiben. 2. Bitte lösen Sie keine einzelnen A4-Seiten aus dem Aufgabenkatalog heraus 3. Fassen Sie sich kurz, aber präzise. Überflüssiges beansprucht nur wertvolle Zeit! 4. Unleserliches wird nicht korrigiert und demzufolge auch nicht bewertet. 5. Die erreichbaren Punktzahlen sind bei allen Aufgaben angegeben. 6. Zur Erreichung der Note 6 müssen nicht alle Aufgeben vollständig gelöst werden. Wir wünschen Ihnen weiterhin viel Erfolg! Seite 1 von 12

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3 1. 4 P Materie lässt sich in verschiedene Kategorien einteilen. Eine grobe Unterteilung unterscheidet zwei Materie-Kategorien A und B. Bei A handelt es sich um Stoffsysteme, welche sich mit physikalischen Trennmethoden trennen lassen, um sogenannte... A) B) bezeichnet Stoffsysteme, welche sich mit physikalischen Trennmethoden nicht trennen lassen: B) Stoffsysteme der Kategorie B) lassen sich weiter in zwei Unterkategorien unterteilen, nämlich in C) und D). C) D) Inwiefern unterscheiden sich C) und D) in Bezug auf ihre Trennbarkeit? C) D) 2. 5P Nennen Sie ein konkretes Beispiel für ein Zweikomponentengemisch, das sich weder mit einer Sedimentation, noch mit einer Filtration, hingegen mit einer Destillation in die Komponenten trennen lässt. Beschreiben Sie anhand Ihres Beispiels Schritt für Schritt, was mit dem Gemisch im Lauf der Destillation geschieht wo in der Destillationsapparatur sich beim jeweiligen Schritt welche Komponente gerade in welchem Aggregatzustand befindet. Seite 3 von 12

4 3. 6P Ein neues Lehrbuch soll geschrieben werden. Unten finden Sie einen Auszug aus dem Entwurf. Sie werden angefragt, ob Sie den Text prüflesen würden. Unterstreichen Sie die Wörter, Satzteile bzw. Sätze im Text, die Sie für falsch halten und versehen Sie diese Stellen je mit einer Nummer. Geben Sie im Antwortfeld unten bei der jeweiligen Nummer an, warum die Aussage falsch ist oder schreiben Sie eine entsprechende Korrektur. Atome sind - so die Modellvorstellung - aus einem Kern und einer ülle aufgebaut, wobei das Volumen der ülle ein Vielfaches des Kernvolumens beträgt, aber bloss etwa die älfte des Atomgewichts ausmacht. Der Kern besteht aus zwei Kernbausteinen: den positiv geladenen Protonen und den ungeladenen Neutronen. Die Neutronenzahl entspricht nicht zwingend der Protonenzahl. Das Element, dem das Atom angehört, wird denn auch durch die Neutronenzahl bestimmt. Um ein bestimmtes Element elektrisch positiv zu laden, werden ein oder mehrere Protonen zugegeben. Ein positiv geladenes Teilchen wird Kation genannt. Die Atomhülle enthält die negativ geladenen Elektronen. Diese stellt man sich im sogenannten Schalenmodell in schalenförmigen Aufenthaltsräumen um den Kern vor. Die maximale Anzahl von Elektronen, die auf den einzelnen Schalen Platz finden, hängt davon ab, welche Entfernung die Schale vom Kern hat. Auf der Valenzschale haben stets acht Elektronen Platz. Die Elemente werden aufgrund ihres Atombaus in das Periodensystem der Elemente eingereiht: Die Elemente sind der aufsteigenden Massenzahl nach eingeordnet. Dabei kommen innerhalb einer senkrechten Spalte (= auptgruppe) oftmals Elemente mit verwandten Eigenschaften zu stehen, während innerhalb einer waagrechten Zeile Elemente mit gleicher Anzahl Elektronen in der Valenzschale stehen. Achtung: Für Aussagen, die Sie als falsch anstreichen, die aber korrekt sind, erhalten Sie einen Abzug! Seite 4 von 12

5 4. 5P Zeichnen Sie für die Reaktion von Magnesium mit Stickstoff alle beteiligten Atome (wenn es von einer Atomsorte mehrere gibt, dann zeichnen Sie mehrere) vor und nach der Reaktion mit jeweils einer der folgenden Darstellungsmöglichkeiten: Schalenmodell, Kugel-Wolken- Modell oder Lewis-Formel. Machen Sie dabei sichtbar, was sich während der Reaktion zwischen den Reaktionspartnern abspielt. Elemente, die in molekularer Form vorkommen, sollen hier ausnahmsweise als Einzelatome (= Radikale) gezeichnet werden. Stellen Sie sicher, dass in der Zeichnung klar wird, welches Element gemeint ist (Elementsymbole angeben). Notieren Sie dort, wo es hat, die korrekten Ladungen der Teilchen. Reaktion: Magnesium reagiert mit Stickstoff zu einer neuen Verbindung Seite 5 von 12

6 5. a) 6P Molekülbau von Stoffen: Die Moleküle Methanol (C 4 ), Methan (C 4 ) und Methanal (C 2 ) werden miteinander verglichen. Zeichnen Sie die drei Moleküle so, dass die räumliche Lage der einzelnen Atome sichtbar wird. Empfohlen sei die Keil-Strichformel. Methanol (C 4 ) Methan (C 4 ) Methanal (C 2 ) b) 7.5P Siedepunkte von Stoffen: Einer der drei oben genannten Stoffe siedet bei -162 C, ein anderer bei -19 C und einer bei +65 C. Weisen Sie den drei Stoffen die entsprechenden Siedepunkte zu und begründen Sie die Zuordnung. Gehen Sie dabei auf die Unterschiede der Moleküle ein. Sdp. (Methanol): Sdp. (Methan): Sdp. (Methanal): Erklärungen: Seite 6 von 12

7 5. c) 7.5P Wasserlöslichkeit von Stoffen: Machen Sie für jeden der drei oben genannten Stoffe eine Prognose bezüglich Wasserlöslichkeit und begründen Sie Ihre Prognose. Methanol (C 4 ) Methan (C 4 ) Methanal (C 2 ) 6. Reaktionsgleichungen Schreiben Sie die Reaktionsgleichungen zu folgenden Prozessen: a) 2P Schwefelwasserstoff ( 2 S) wird in schweflige Säure ( 2 S 3 ) eingeleitet. Dabei entstehen elementarer Schwefel und Wasser. b) 2P Elementarer Schwefel reagiert mit Salpetersäure (N 3 ) zu Schwefeldioxid (S 2 ), Stickstoffdioxid (N 2 ) und Wasser. Seite 7 von 12

8 7. Chemisches Rechnen a) 4P Wird Aluminiumsulfid Al 2 S 3 zu Wasser gegeben, dann zersetzt sich der Feststoff in einer heftigen Reaktion unter Freisetzung von gasförmigem Schwefelwasserstoff und der Entstehung von Aluminiumhydroxid. Al 2 S Al S Es reagieren 175 g Aluminiumsulfid. Wieviel Gramm an Schwefelwasserstoff sind zu erwarten? Geben Sie bitte alle Ihre Berechnungen inkl. Einheiten nachvollziehbar an. b) 3P 450 ml einer Kochsalzlösung mit der Konzentration 0.3 sollen hergestellt werden. Wieviel l Gramm Kochsalz müssen eingewogen werden? Geben Sie bitte alle Ihre Berechnungen inkl. Einheiten nachvollziehbar an. Seite 8 von 12

9 8. a) 4.5P Ameisensäure (= Methansäure; C 2 2 ) wird in Wasser gegeben. Zeichnen Sie die Reaktion mit Lewis-Formeln (also alle beteiligten Teilchen vor und nach dem Einstellen des Gleichgewichts). b) 1.5P Das Salz Natriumacetat (NaC 3 C) ist das Natriumsalz der Essigsäure. Wird es in Wasser gegeben, ändert sich der p-wert. Zeichnen Sie das C 3 C - -Ion (bevor es mit Wasser in Kontakt gekommen ist) als Lewis-Formel. c) 2.5P Nachdem sich das Gleichgewicht in der Natriumacetat-Lösung eingestellt hat, liegen verschiedene Teilchen in der Lösung vor. Notieren Sie deren Summenformeln. d) 1.5P Wird die Natriumacetat-Lösung nach der Einstellung des Gleichgewichts einen p > 7.0 oder p < 7.0 aufweisen? Erklären Sie Ihre Antwort. Seite 9 von 12

10 9. Biologische Prozesse finden in der Regel in Lösungen statt (z.b. in Zellen oder im Blut) und laufen nur bei einem bestimmten p-wert ab. Deshalb sind die Reaktionslösungen auf einen konstanten p-wert angewiesen. Puffersysteme gewährleisten diese p-konstanz. Es handelt sich dabei um Reaktionssysteme, die sich im Gleichgewicht befinden. Ein konkretes Beispiel ist das Phosphatpuffersystem: 2 P + + P a) 3.5P Nehmen wir an, dass die - -Ionen-Konzentration eines Phosphatpuffersystems durch eine Störung von aussen zunimmt. Wir verfolgen, wie sich das Puffersystem in diesem Fall verhält. Geben Sie an, was die Veränderung der - -Ionen-Konzentration für eine unmittelbare Folge für die ( 3 ) + -Ionen-Konzentration in der Lösung hat, welche Reaktion sich im Phosphatpuffersystem abspielt, was mit den Konzentrationen von ( 2 P 4 ) - und (P 4 ) 2- bis zur Einstellung des Gleichgewichts geschieht, wie hoch die ( 3 ) + -Ionen-Konzentration nach der Reaktion des Puffersystems, verglichen mit der Situation vor der Störung durch die - -Ionen, ist (ohne Begründung). b) 4P Zeichnen Sie im Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm unten die Geschwindigkeiten der in- und der Rückreaktion des Puffersystems ein. Die Zeitpunkte Störung (durch die - -Ionen) und Pufferung abgeschlossen (Gleichgewicht neu eingestellt), sind senkrecht gestrichelt eingezeichnet. Die Geschwindigkeit- und die Zeitskalen sind relativ, Sie müssen also keine Zahlenwerte berücksichtigen. Schreiben Sie die Graphen mit inreaktion bzw. Rückreaktion an. Reaktionsgeschwindigkeit v Zeit t Störung Pufferung abgeschlossen Seite 10 von 12

11 10. Nomenklatur, Formelschreibweise organische Chemie 7P Füllen Sie folgende Tabelle aus: Summenformel Systematischer Name nach IUPAC Skelettformel Verbindungstyp (Alkan, Alkohol, etc.) a) C Diketon b) c) 2-Methylpropansäure d) N Seite 11 von 12

12 11. 8P Welche Reaktionsprodukte entstehen aus dem unten gezeigten Stoff, a) wenn zwei seiner Moleküle unter geeigneten Bedingungen verestert werden? Zeichnen Sie Ihre Antwort in Lewis- oder Skelettformeln. b) Welche Reaktionsprodukte entstehen, wenn der Stoff eine Polymerisationsreaktion durchmacht? Zeichnen Sie Ihre Antwort in Lewis- oder Skelettformeln c) Welches Reaktionsprodukt entsteht, wenn der Stoff einer Additionsreaktion mit elementarem Brom unterworfen wird? Zeichnen Sie Ihre Antwort in Lewis- oder Skelettformeln Seite 12 von 12