1. Man lässt g eines Alkalimetalls mit Wasser reagieren, wobei mol Wasserstoff entsteht.

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1 Klausur zur Vorlesung LV 18000, AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am Σ Note: Vorname: Matr.-Nr.: Nachname: Chemie und Biochemie Lehramt Chemie vertieft Lehramt Chemie nicht vertieft Biologie.. Hilfsmittel: Nur ein Schreibwerkzeug (kein Bleistift) und ein nicht programmierbarer Taschenrechner sind erlaubt! Die pro Aufgabe erreichbare Punktzahl ist in [] Klammern angegeben (Höchstpunktzahl 100).. 1. Man lässt g eines Alkalimetalls mit Wasser reagieren, wobei mol Wasserstoff entsteht. (a) [4] Um welches Alkalimetall handelt es sich (Lösungsweg angeben)? 2 M H 2 2 MH H 2 M = m/n M = m/2n(h 2 ) = 0.977/( ) = Kalium 4 P (b) [4] Welches Gasvolumen nimmt der entstandene Wasserstoff bei Standardbedingungen (1013 hpa; 0 C) ein (R = J K 1 mol 1 )? pv = nrt V = nrt/p V = / = m 3 = L 4 P (c) [2] Nennen Sie eine Methode, die zur qualitativen Bestimmung der Alkalimetalle geeignet ist. Flammenfärbung 2 P auch: AAS,. Punkte 1:

2 Klausur zur Vorlesung LV 18000, AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am Bei 25 C beträgt das Löslichkeitsprodukt von Fe(H) (a) [2] Geben Sie die Formel für das Löslichkeitsprodukt an. L = [Fe 3 ] [H ] 3 2 P auch: L = c(fe 3 ) c 3 (H ) (b) [4] Wie hoch ist die Fe 3 -Konzentration in einer gesättigten Lösung? (Rechenweg angeben) L = [Fe 3 ] [H ] 3 = mit [H ] = 3 [Fe 3 ] [Fe 3 ] (3 [Fe 3 ]) 3 = [Fe 3 ] 27 [Fe 3 ] 3 = [Fe 3 ] = 4 ( /27) [Fe 3 ] = P (c) [4] Wie hoch ist die Fe 3 -Konzentration in einer gesättigten Lösung, wenn der ph-wert 13 beträgt? (Rechenweg angeben) ph = 14 ph = = 1 [H ] = 10 ph = 10 1 = 0.1 L = [Fe 3 ] [H ] 3 = [Fe 3 ] = [Fe 3 ] = /0.1 3 [Fe 3 ] = P Punkte 2:

3 Klausur zur Vorlesung LV 18000, AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am In 1 L 0.1-molare Natronlauge wird Kohlenstoffdioxid eingeleitet (Volumenänderung ist vernachlässigbar; pk S (H 2 C 3 ) = 6.4; pk S (HC 3 ) = 10.3). Berechnen Sie (Rechenweg angeben!) die ph-werte nach Zugabe von: (a) [1] 0 mol Kohlenstoffdioxid Die Lösung enthält: NaH starke Base ph = log [H ] = log 0.1 = 1 ph = 14 ph = 14 1 = P (b) [3] 0.05 mol Kohlenstoffdioxid Die Lösung enthält: Na 2 C 3 mit c 0 = 0.05 mol/l; C 3 2 ist wegen pk B > 0 eine schwache Base: pk B (C 3 2 ) = 14 pk S (HC 3 ) = = 3.7 ph = ½ (pk B lg c 0 /(mol L 1 )) = ½ (3.7 lg 0.05) = 2.5 ph = 14 ph = = P (c) [3] mol Kohlenstoffdioxid Die Lösung enthält: mol/l Na 2 C 3 (braucht 2 H zur Bildung aus Kohlensäure) und mol/l NaHC 3 (braucht 1 H zur Bildung aus Kohlensäure): HC 3 und C 2 3 korrespondierendes Säure/Base-Paar Puffergleichung ph = pk S lg [HA]/[A ] ph = 10.3 lg 0.050/0.025 = 10.3 lg 2 = = P (d) [3] 0.1 mol Kohlenstoffdioxid Die Lösung enthält: NaHC 3 mit c 0 = 0.1 mol/l pk B (HC 3 ) = 14 pk S (H 2 C 3 ) = = 7.6; pk S (HC 3 ) und pk B (HC 3 ) liegen zwischen 1,7 und 15,7 (bzw. 0 und 14), HC 3 ist ein Ampholyt: ph = ½ {pk S (H 2 C 3 ) pk S (HC 3 )} = ½ ( ) = P Punkte 3:

4 Klausur zur Vorlesung LV 18000, AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am Schwefeldioxid kann je nach Reaktionspartner als Reduktions- oder xidationsmittel wirken. Geben Sie die Reaktionsgleichungen, sowie den Namen der jeweilig gebildeten Schwefelverbindung und deren xidationsstufe am Schwefelatom an für: (a) [3] Reaktion mit Sauerstoff und Katalysator bei 200 C 2 S S 3 1 P Schwefeltrioxid 1 P xidationszahl: VI 1 P (b) [3] Reaktion mit Schwefelwasserstoff S 2 2 H 2 S 2 H 2 3 / 8 S 8 1 P Schwefel 1 P xidationszahl: 0 1 P (c) [3] Reaktion mit Natronlauge, in der elementarer Schwefel vorhanden ist S 2 2 NaH 1 / 8 S 8 Na 2 S 2 3 H 2 Natriumthiosulfat 1 P xidationszahl: II 1 P 1 P (c) [1] Wie wird Schwefeldioxid großtechnisch hergestellt? Verbrennung von Schwefel 1 P Punkte 4:

5 Klausur zur Vorlesung LV 18000, AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am Zeichnen Sie jeweils eine sinnvolle Lewisformel mit allen Valenzelektronen an allen Atomen und geben Sie die Gestalt der Moleküle (bzw. Ionen) an für: (a) [2] S 2 S 1 P gewinkelt 1 P - (b) [2] CS 3 2 S S C - S 1 P trigonal-planar 1 P (c) [2] P gewinkelt 1 P (d) [2] N 2 N 1 P linear 1 P (e) [2] S 2 F 2 F - 2 S F - 1 P (verzerrt) tetraedrisch 1 P Punkte 5:

6 Klausur zur Vorlesung LV 18000, AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am Formulieren Sie die Gleichungen für die Reaktionen von: (a) [2] weißem Phosphor mit Sauerstoff P P P (b) [2] Sauerstoff mit Ammoniak nach Zündung 4 NH N 2 6 H 2 2 P (c) [2] Magnesium mit Stickstoff nach Zündung 3 Mg N 2 Mg 3 N 2 2 P (d) [2] Natriumoxid mit Kohlenstoffdioxid Na 2 C 2 Na 2 C 3 2 P (e) [2] Kohlenstoffmonoxid mit Wasserdampf bei 500 C und Anwesenheit eines Katalysators H 2 C H 2 C 2 2 P Punkte 6:

7 Klausur zur Vorlesung LV 18000, AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am Elektrochemie (a) [2] Wie ist der Begriff Edelmetalle definiert? Reduktionspotential > 0 V 2 P (edler als Wasserstoff) (b) [2] Nennen Sie zwei Edelmetalle (außer Gold und Platin). Mögliche Anworten: Kupfer, Silber, (Quecksilber, Ruthenium, Rhodium, smium, Iridium) (pro Anwort 1 P; insgesamt max. 2P) (c) [4] Welche der folgenden Metalle reagieren mit konzentrierter Salpetersäure. Begründen Sie Ihre Aussage mit einem Stichwort. ox. red. E 0 /V Na Na 2,71 Zn 2 Zn 0,76 Fe 2 Fe 0,41 HN 3 H 3 N 2 2 H 2 0,80 Au 3 Au 1,50 Natrium ja kleines Reduktionspotential 1 P Zink ja kleines Reduktionspotential 1 P Eisen nein Passivierung 1 P Gold nein zu großes Reduktionspotential 1 P (d) [2] Aluminium ist unedler als Eisen. Warum korrodiert es nicht in dem Maße wie Eisen? Passivierung 2 P (Bildung einer stabilen xidschicht) Punkte 7:

8 Klausur zur Vorlesung LV 18000, AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am Geben Sie für die folgenden Kombinationen jeweils die Molekülgestalt an (wenn das Molekül mehr als 2-atomig ist). Welches Molekül (oder Ion) hat jeweils die größte mittlere Bindungsordnung zwischen Zentralatom und Bindungspartner. (a) [3] C, C 2, C 3 2 C C 2 C 3 2 stärkste C--Bindung 1 P linear 1 P trigonal-planar 1 P (b) [3] ClF 3, ClF 4 ClF 3 ClF 4 T-förmig 1 P quadratisch planar 1 P stärkste Cl-F-Bindung 1 P (c) [1] 2, 2, stärkste --Bindung 1 P (c) [3] S 3, S 4 2 S 3 trigonal-planar 1 P stärkste S--Bindung 1 P S 4 2 tetraedrisch 1 P Punkte 8:

9 Klausur zur Vorlesung LV 18000, AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am (a) [3] In der Vorlesung haben Sie die Reduktion von Titan(IV) in saurer Lösung gesehen: auf Zugabe eines Zinkstücks wurde die Lösung violett, da Titan(IV) zu Titan(III) reduziert wurde. Das Reaktionsprodukt wurde dabei als Hexaaquatitan(III) formuliert, [Ti(H 2 ) 6 ] 3. Entscheiden Sie anhand der folgenden Standardpotentiale, ob die Reduktion auch mit Eisen, Cadmium, Kupfer oder Iodid-Ionen gelungen wäre; begründen Sie kurz Ihre Entscheidung: ox. red. E 0 /V Fe 2 Fe 0,41 Cd 2 Cd 0,40 (Ti IV ) 2 Ti 3 0,10 Cu 2 Cu 0,35 I 2 2 I 0,54 Die oxidierte Form in einem Redoxpaar wird durch die reduzierte Form von Redoxpaaren reduziert, die ein kleineres Potential haben 1 P Fe und Cd gehen, Cu und Iodid nicht 2 P (b) [3] Wir haben die Farbe eines Stoffes durch die Absorption von Licht interpretiert, durch dessen Energie ein Elektron in einen instabilen Zustand angehoben wird. Beschreiben Sie mit Hilfe des Kristallfeldmodells den stabilen Grundzustand des oktaedrisch aufgebauten [Ti(H 2 ) 6 ] 3 -Ions sowie dessen angeregten Zustand nach der Absorption eines Lichtquants. Titan(III) ist ein d 1 -Ion; Grundzustand und angeregter Zustand sehen dann so aus: 3 P (c) [4] Das im (high-spin-zustand vorliegende) [Fe(H 2 ) 6 ] 3 -Ion hat denselben Aufbau wie das [Ti(H 2 ) 6 ] 3 -Ion. Beschreiben Sie auch hier den Grundzustand und den elektronisch angeregten Zustand durch das Kristallfeldmodell. Im Gegensatz zum violetten Titankomplex ist der Eisenkomplex fast farblos. Warum? Eisen(III) ist ein d 5 -Ion. Kristallfeldschema analog wie oben, aber mit 5 Elektronen im high-spin-zustand 3 P, die Anregung ist spinverboten 1 P Punkte 9:

10 Klausur zur Vorlesung LV 18000, AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am (a) [3] Das folgenden Bild zeigt einen Ausschnitt aus einer dichtest gepackten Kugelschicht. Der besseren Übersicht wegen sind die Schwerpunkte der Kugeln gezeigt. Zeichnen Sie eine primitive Elementarzelle ein. So wie gezeichnet, außerdem jede andere gleichgroße flächenfüllende Zelle 3 P (b) [5] Die beiden dichtesten Kugelpackungen im Raum die hexagonal und die kubisch dichteste Packung ist bei zahlreichen Strukturen metallischer Elemente realisiert. Nennen Sie die dritte wichtige nicht dichteste Kugelpackung, die bei vielen metallischen Elementen gefunden wird und skizzieren Sie die Elementarzelle; geben Sie die Koordinationszahl der Atome an. kubisch-raumzentrierte oder kubisch-innenzentrierte Packung 1 P, Bild so oder ähnlich 3 P, Koordinationszahl 8 oder 86 1 P (c) [2] Natrium ist ein Element, das in einer solchen Packung kristallisiert. Beschreiben Sie die Metallbindung im Natrium. Elektronengas zwischen Atomrümpfen oder halbgefülltes 3s-Band 2 P Punkte 10: