Universität Regensburg

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1 Universität Regensburg Fakultät für Chemie und Pharmazie Regensburg 14. März 2006 Institut für Anorganische Chemie Prof. Dr. R. Winter 1. Was besagt das Moseleysche Gesetz? Welche Größe kann man aufgrund des von Moseley gefundenen Zusammenhangs eindeutig bestimmen? (4 P) 2. Definieren Sie die folgenden Begriffe. a) Nicht-Daltonid? b) Isotop? (4 P) 3. A) Geben Sie jeweils zwei Lewis-Formeln für a) das Thiocyanation SCN - und b) für das Molekül NO 2 an. B) Welche räumliche Struktur besitzen diese Spezies: gewinkelt oder planar? (8 P) 4. Welche räumlichen Strukturen besitzen gemäß den VSEPR-Regeln die folgenden Moleküle: SF 4, XeF 4, CF 4, ICl + 4 (keine Skizze erforderlich, Beschreibung genügt). Welches dieser Moleküle besitzt ein permanentes Dipolmoment? (10 P) 5. Das Löslichkeitsprodukt von Silberphosphat, Ag 3 PO 4, in schwach alkalischer, wässriger Lösung beträgt mol 4 /l 4. a) Berechnen Sie die Löslichkeit dieses Salzes. b) Welche Masse an Ag 3 PO 4 enthalten 250 ml einer gesättigten Lösung von Ag 3 PO 4? c) Wie ist die Löslichkeit von Ag 3 PO 4 in 1 molarer AgNO 3 - Lösung? d) Wie ist die Löslichkeit von Ag 3 PO 4 in 1 molarer Na 3 PO 4 -Lösung? e) Worauf beruht die zunehmende Löslichkeit von Ag 3 PO 4 beim Ansäuern der Lösung? (10 P) 6. a) Skizzieren Sie den Aufbau der Normalwasserstoffelektrode. Aus welchen Phasen besteht sie (Zusammensetzung der Phasen). b) Wozu dient die Normalwasserstoffelektrode? c) Welche Reaktion läuft an ihr ab, wenn sie leitend mit einer anderen Elektrode verbunden wird, die ein negatives Potential besitzt (Reaktionsgleichung!) (7 P) 7. a) Definieren Sie den Begriff Elektronegativität. b) Die Bindungsdissoziationsenergie von H 2 beträgt 436 kj/mol, die von F kj/mol und die des HF-Moleküls 570 kj/mol. Berechnen Sie aus diesen Angaben die Elektronegativität des H-Atoms nach der Methode von Pauling ( F = 4.00). c) Ist die Elektronegativität eine universelle Eigenschaft eines Elementes? (8 P) 1

2 8. Entwerfen Sie das MO-Schema für das Molekül C 2. Berücksichtigen Sie dabei nur die Orbitale an den Kohlenstoffatomen zur Hauptquantenzahl n = 2. Geben Sie zu den jeweiligen Molekülorbitalen auch deren Typ/Bezeichnung an! b) Wie lautet die Bindungsordnung zwischen den C-Atomen in diesem Molekül? c) Wie steht es um die magnetischen Eigenschaften des C 2 -Moleküls (Zahl ungepaarter Elektronen im Grundzustand)? (11 P) 9. a) Was ist die stärkere Elementwasserstoffsäure: HF oder HBr? Begründen Sie Ihre Entscheidung (zwei gegenläufige Effekte!). b) Was ist die stärkere Säure: FOH oder IOH? Begründen Sie auch hier kurz Ihre Entscheidung.( 6 P) 10. Das Elektrodenpotential einer Ag-Elektrode, die in eine gesättigte Lösung aus AgI eintaucht, wird zu V gemessen. Unter Normalbedingungen beträgt das Potential des Ag/Ag + - Paares V. Berechnen Sie aus diesen Angaben das Löslichkeitsprodukt von AgI. (6 P) 11. Bestimmen Sie die Oxidationszahlen aller Atome in den folgenden Verbindungen: a) H 2 O 2 b) NO - 2 c) d) H 3 PO 3 (5 P) 12. Erstellen Sie anhand von Teilgleichungen die Redoxgleichung für die Reaktion von Cl 2 in stark alkalischer Lösung zu Chlorid und Chlorat (ClO - 3 ). Um welche spezielle Art einer Redoxreaktion handelt es sich? (8 P) 13. Berechnen Sie den ph-wert einer 0.2 molaren Lösung von chloriger Säure (HClO 2 ) a) nach dem Ansatz für mittelstarke Säuren und b) nach dem Ansatz für eine schwache Säure. Der pk S Wert dieser Säure beträgt 1.92.(7 P) 14. a) Drei Phosphorchloride der Zusammensetzung P n Cl m weisen ein Massenverhältnis P:Cl von 0.437, und auf. Berechnen Sie die Zusammensetzung dieser drei Verbindungen. berücksichtigen Sie bei der ersten Verbindung, dass P-Atom dort dreibindig vorliegt. (6 P) 2

3 Universität Regensburg Fakultät für Chemie und Pharmazie Regensburg 14. März 2006 Institut für Anorganische Chemie Prof. Dr. R. Winter 1. Eine Auftragung von ~ 1/2 (bzw. -1/2 ) der K -Linie gegen die Ordnungszahl des Elementes ergibt eine Gerade.(2 P). Damit konnte die Ordnungszahl eines Elementes anhand seiner K - Linie bestimmt werden.(2 P) 2. Nicht-Daltonid = Stoff, dessen Zusammensetzung in gewissen Grenzen variiert, und der nicht streng stöchiometrisch aufgebaut ist. (2 P) Isotop = Kern gleicher Protononen- aber unterschiedlicher Massenzahl (Kerne des gleichen chemischen Elementes mit unterschiedlicher Masse) (2 P) 3. Mesomere Grenzformen - S C N Ọ N O S C N - - O. + N O A: Thiocyanat: 3 P, je richtige 1,5 P; NO 2 : 3 P, je richtige 1,5 P: B: Thiocyanat: linear; NO 2 : gewinkelt (je 1 P). 4. SF 4 : µ-trigonale Bipyramide; XeF 4 :, quadratisch planar; CF 4 : tetraedrisch; PH + 4 : tetraedrisch (je 2 P) ein Dipolmoment hat nur SF 4 (2 P) 5. a) K L (Ag 3 PO 4 ) = [Ag + ] 3 [PO 3-4 ]; [Ag + ] = 3 [PO 3-4 ] = 3L; [PO 3-4 ] = L K L = (3L) 3 L = 27 L 4 L = (K L / 27) 1/4 = mol/l. (2 P). b) M (Ag 3 PO 4 ) = g/mol; in 250 ml sind ¼ mol/l gelöst, entsprechend mol. Dies entspricht mol g/mol = 1.68 mg.(2 P) c) In 1 molarer AgNO 3 : L entspricht [PO 3-4 ]: K L = (1 mol/l) 3 [PO 3-4 ] (1 P) [PO 3-4 ] = K L / 1 mol 3 /l 3 = mol/l. (2 P) 1

4 d) In 1 M Na 3 PO 4 -Lösung: L entspricht gelöster [Ag + ]: K L = [Ag + ] 3 1 mol/l [Ag + ] = (K L / 1mol/l) 1/3 = mol/l.(2 P) e) in saurer Lösung: Protonierung des PO Ions zu HPO 2-4 ; dadurch verringert sich die Konzentration von PO 3-4 ; Auflösen des Niederschlags. (2 P) 6. a) Phasen: feste Phase: platiniertes Platinblech; flüssige Phase: Säure mit einer H 3 O + - Ionenkonzentration (oder besser aktivität) von 1.0 mol/l; gasförmige Phase: H 2 unter einem Druck von 1.0 atm. (je 1 P); b) Sie dient als Bezugspunkt, gegen den die Elektrodenpotentiale anderer Elektroden geeicht werden (Festlegung der Spannungsreihe) (2 P). c) 2 H 3 O e - H H 2 O (2 P). 7 a) EN ist Maß für die Fähigkeit eines Atoms in einem Molekül gemeinsame Bindungselektronen an sich zu ziehen.(3 P) b) Nach Pauling gilt E = 96 ( F- H ) 2. (1P) E = 570 kj/mol ½ 436 kj/mol - ½ 159 kj/mol = kj/mol. Aus dieser Gleichung folgt: F- H = ( E/96) 1/2 bzw. H = ( E/96) 1/2 = = (2 P) c) Es handelt sich um einen Durchschnittswert, keine universelle Eigenschaft.(2 P). 8. 2p 2p 2p 2p 2p 2p 2s 2s 2s 2s 2

5 richtiges Schema: 5 P (2 P für 2s und 3 P für 2 p Orbitale); richtige Bezeichnungen der MOs: 3 P (0.5 je richtiger Bezeichnung). Bindungsordnung: 4 e - in bindenden MOs, keines in antibindenden: BO = 4/2 = 2 (1 P). 2 ungepaarte e - (1 P), paramagnetisch (1 P) 9. HBr ist die stärkere Säure. (1 P). Zwei Einflüsse: 1. Elektronegativitätsdifferenz: ist bei HF größer, würde dafür sprechen, dass HF die stärkere Säure ist.(1 P) 2. Stärke der Element-H-Bindung: Die Orbitalüberlappung zwischen H und F-Atom ist wesentlich stärker als die zwischen H- und Br-Atom; da die Bindungslänge HBr viel größer ist.(1 P) Offensichtlich überwiegt Effekt der Bindungsschwächung aufgrund des größeren Atomabstandes.(1 P) b) Bei FOH / BrOH kommt es nur auf Elektronegativität des Elementes X im System XOH an. Daher ist FOH die stärkere Säure. (2 P) 10. E = E 0 + R T/(z F) log [Ag + ] (1 P) [Ag + ] = (z F)/( R T) (E E 0 ) = log [Ag + ] (1 P); Einsetzen der Zahlenwerte: C/mol / ( J/(K mol) 298 K) ( ) = (2 P); [Ag + ] = mol/l.(1 P) K L = [Ag + ] 2 = mol 2 /l 2.(2 P) 11. H 2 O 2 : H: +I, O: -I (1 P); NO - 2 : O: -II, N: +III (1 P); H 2 CO: H: +I, O: -II, C: 0 (1.5 P); H 3 PO 3 : H +I, O: -II, P:-III.(1.5P). Generell: je richtigem Atom 0.5 P. 12. Reduktion: ½ Cl 2 + e - Cl - (1 P) 5 (1 P) Oxidation: ½ Cl OH - 2 ClO H 2 O + 5 e - (2 P) Gesamtreaktion: 3 Cl OH - 5 Cl - + ClO H 2 O (2 P) Es handelt sich um eine Disproportionierung.(1 P) 13. a) Ansatz für mittelstarke Säuren: Protolysegrad = {- K S + (K 2 s + 4 K S [HA] 0 ) 1/2 } / 2 [HA] 0 (1P); mit pk S = 1.92: K s = (1 P) Einsetzen der Werte: = (1 P) [H 3 O] + = [HA] 0 = (1 P); ph = - log [H 3 O] + = 1.36.(1P) richtige Rechung also insgesamt 4 P b) Ansatz über schwache Säure: [H 3 O] + = (K S ) = (1 P); ph = 1.31.(1 P); richtige Rechnung also insgesamt 3P 3

6 14. Massenverhältnis P : Cl = n / m = n/m = / = 0.5 PCl 2. (1,5 P) Analog die anderen beiden Verbindungen: PCl 3 (1,5 P), PCl 5 (1,5 P). da P in PCl 2 dreibindig ist, muss noch eine P-P Bindung vorliegen, also P 2 Cl 4! (1,5 P) 4