Klausur zur Vorlesung "Allgemeine Chemie " am

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1 Σ Klausur zur Vorlesung "Allgemeine Chemie " am Name: Vorname: Matr.-Nr. Studiengang: Platz.-Nr. Hinweise für die Bearbeitung der Aufgaben 1) Hilfsmittel außer Schreibzeug sind nicht erlaubt! 2) Der Lösungsweg ist Bestandteil der Aufgabe. 3) Die pro Aufgabe erreichbare Punktzahl ist in [ ] angegeben. 4) Höchstpunktzahl: [6 P.] Geben Sie die Elektronenkonfiguration der folgenden Elemente und Ionen im Grundzustand an. a) Ca 2+ b) F - c) Zn 2+ d) Cr e) O 2- f) He +

2 2. [10 P.] Matr.-Nr. a) Zeichnen Sie folgende Orbitale in ein Koordinatensystem: 2p x und 3d xy. b) Welche Haupt- und Nebenquantenzahl weist ein 3s-Niveau auf? c) Durch welchen Satz von Quantenzahlen wird ein 2p-Niveau beschrieben? d) Skizzieren Sie zwei mögliche Überlappungsarten eines s-orbitals mit einem p-orbital.

3 3. [10 P.] Matr.-Nr. Calcium ist das fünfthäufigste Element der Erde. Es besitzt sechs stabile Isotope, wobei Ca das dominierende Isotop darstellt. Interessant für den Ultraspurennachweis ist das quasistabile Isotop Ca. Es entsteht durch den Einfang von Neutronen in der Atmosphäre und zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa Jahren. Da Ca durch Elektroneneinfang unter Emission energetisch schwacher Gammastrahlen zerfällt, ist dieses Isotop zusätzlich zu seiner langen Lebensdauer radiometrisch nur schwer nachzuweisen. (Hinweis: ln 1 = 0; ln 2 = 0,7; ln 3 = 1,1; ln 4 = 1,4; ln 5 = 1,6) a) Definieren Sie den Begriff Isotop. b) Formulieren Sie die Gleichung für die Entstehung von Ca durch den Neutroneneinfang in der Atmosphäre. c) Formulieren Sie die Gleichung für den Elektroneneinfang durch Ca. d) Berechnen Sie die Geschwindigkeitskonstante für den Zerfall von Ca. e) Welches Produkt würde im Falle eines α-zerfalls von Ca entstehen?

4 4. [10 P.] Matr.-Nr. Geben Sie die Valenzstrichformeln inklusive aller freien Elektronenpaare sowie ggf. vorhandener Formalladungen für folgende Spezies an. a) Kohlenmonoxid - b) ClO 4 c) Sulfat d) Phosgen (OCCl 2 ) e) N 2

5 5. [4 P.] Matr.-Nr. Die Reaktion von Kohlenmonoxid mit elementarem Nickel führt zur Bildung von leicht flüchtigem Nickeltetracarbonyl. Welche Masse an Kohlenmonoxid wird zur Verflüchtigung von 586,9 g Nickel in Form von Nickeltetracarbonyl benötigt? Hinweis: Nickeltetracarbonyl = [Ni(CO) 4 ]

6 6. [6 P.] Matr.-Nr. Für welches Ion erwarten Sie die stärkeren Sauerstoff-Sauerstoffbindungen: O - 2 oder O + 2? Geben Sie die MO-Schemata für beide Spezies an und begründen Sie Ihre Entscheidung anhand der Bindungsordnungen beider Spezies.

7 7. [6 P.] Matr.-Nr. a) Wie ist der Begriff "Ionisierungsenergie" definiert. b) Wie ändert sich die 1. Ionisierungsenergie in der ersten Gruppe der Alkalimetalle? Geben Sie dazu die Alkalimetalle in der Reihenfolge steigender Ionisierungsenergien an. Begründen Sie Ihre Antwort. c) Welches Element der 4. Periode besitzt die niedrigste und welches die höchste 1. Ionisierungsenergie. Geben Sie die Namen der Elemente an und begründen Sie Ihre Antwort.

8 8. [10 P.] Matr.-Nr. Gegeben sei folgende Reaktion: N 2(g) + O 2(g) 2 NO (g) ΔH R = 90 kj mol -1 a) Stellen Sie das Massenwirkungsgesetz für die o.g. Reaktion auf und geben Sie die Einheit der Gleichgewichtskonstanten K p an. b) Wie verschiebt sich das Gleichgewicht der Reaktion bei Temperaturerhöhung? c) Wie verschiebt sich das Gleichgewicht der Reaktion bei Druckerhöhung? d) Wie verschiebt sich das Gleichgewicht bei der Zugabe von O 2? e) Wie verschiebt sich das Gleichgewicht der Reaktion bei Zugabe eines Katalysators?

9 9. [10 P.] Matr.-Nr. Entscheiden Sie, ob die nachfolgend aufgestellten Behauptungen richtig oder falsch sind. Geben Sie im Fall falscher Antworten eine Begründung an. a) Für das Germaniumatom gibt es fünf 2d-Orbitale. b) Das Fluoridion ist größer als das Fluoratom. c) Im Wasserstoffatom ist der Übergang eines Elektrons vom Energieniveau n = 3 nach n = 2 energiereicher als der Übergang von n = 2 nach n = 1. d) Für die folgend angegebene Reaktion N 2 O (g) + NO (g) N 2(g) + NO 2(g) gilt K p = R T K c. e) In einer kubisch-dichten Elementarzelle gibt es nur eine Oktaederlücke.

10 10. [8 P.] Matr.-Nr. Phosphorpentachlorid kann nach folgender Gleichung zu Phosportrichlorid und Chlor reagieren: PCl 5 (g) PCl 3 (g) + Cl 2 (g) ΔH 0 = 93 kj mol -1 ΔS 0 = 180 J mol -1 K -1 a) Es handelt sich dabei um eine Redoxreaktion. Welches Element wird dabei reduziert? Welches Element wird oxidiert? Geben Sie die Oxidationsstufen der Elemente an! b) Ist die Zerfallsreaktion endotherm oder exotherm? c) Läuft die Reaktion bei 327 C spontan ab? (Annahme: ΔH 0 und ΔS 0 seien temperaturunabhängig.) Geben Sie eine Begründung an! d) Wie groß ist ΔH R unter der Annahme, dass bei einem gegebenen Volumen von V = 100 l gasförmiges PCl 5 bei p = 2, Pa vollständig umgewandelt wird? (Hinweis: R 298 K 2500 J mol -1 ; 1 Pa = 1 N m -2 = 1 J m -3 )

11 11. [5 P.] Matr.-Nr. Ergänzen Sie die folgende Reaktionsgleichung! Stellen Sie dazu zunächst jeweils die Halbreaktion für die Oxidation bzw. Reduktion auf! I 2 (aq) + ClO 3 - (aq) IO 3 - (aq) + Cl - (aq) (in saurer Lösung)

12 12. [4 P.] Matr.-Nr. Bestimmen Sie die Standardreaktionsenthalpie für die Cyclisierung von Ethin (C 2 H 2 ) zu Benzol (C 6 H 6 ) aus den molaren Bildungsenthalpien. Ist die Reaktion endotherm oder exotherm? ΔH f 0 (C 2 H 2 ) = 227 kj mol -1 ΔH f 0 (C 6 H 6 ) = 83 kj mol -1

13 13. [6 P.] Matr.-Nr. Betrachten Sie folgende Reaktion, die bezüglich des Eduktes A zweiter Ordnung ist. Die Geschwindigkeitskonstante k beträgt 0,1 l mol -1 s -1 und die Ausgangskonzentration c 0 (A) ist 0,1 mol l A P a) Stellen Sie das Geschwindigkeitsgesetz für diese Reaktion auf. b) Stellen Sie den Verlauf der Eduktkonzentration als Funktion der Zeit in einem Diagramm dar. c) Der Verlauf der Eduktkonzentration c t (A) mit der Zeit kann durch folgende Formel ausgedrückt werden: 1 1 = + kt. Wie groß ist die Halbwertszeit t 1/2 der Reaktion? c t ( A) c ( A) 0

14 14. [5 P.] Matr.-Nr. Geben sie die ph-werte folgender Lösungen an! a) 0,01 molare (mol l -1 ) HCl b) 0,1 molare NaOH c) 1g NaCl gelöst in 10 l Wasser d) 0,1 molare Essigsäure (pk s = 4,75)

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