Schriftliche Vorprüfung Leistungskursfach Chemie

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1 Gymnasium St. Augustin Schuljahr 2008/2009 Schriftliche Vorprüfung Leistungskursfach Chemie Materialien für den Vorprüfungsteilnehmer - Vorabitur - Allgemeine Arbeitshinweise Ihre Arbeitszeit (einschließlich der Zeit für Lesen und Auswählen der Aufgaben) beträgt 270 Minuten. Die Prüfungsarbeit besteht aus den zu bearbeitenden Teilen A, B und C (experimenteller Teil). Informieren Sie den Aufsicht führenden Lehrer, wenn Sie mit der experimentellen Bearbeitung des Teils C beginnen möchten. Bei Berechnungen muss der Lösungsweg zu erkennen sein. Werden GTR-Programme genutzt, so muss in der Darstellung des Lösungsweges deutlich werden, aus welchen Eingabedaten mit Hilfe des Programms welche Ergebnisse gewonnen wurden. Die im Anhang angegebenen Daten sind für die Berechnung zu verwenden. Erlaubte Hilfsmittel: Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung Grafikfähiger, programmierbarer Taschenrechner ohne Computer-Algebra-System Tabellen- und Formelsammlung ohne ausführliche Musterbeispiele Zeichengeräte Seite 1 von 8

2 Prüfungsinhalt Teil A (25 BE) Bearbeiten Sie nachfolgende Aufgaben. Reaktionen in Lebewesen 1 Zahngold und Amalgam (Legierung des Quecksilbers) werden für Zahnfüllungen benötigt. Die Zahnmedizin verwendet in der Regel Silber-Zinn-Kupfer-Amalgame. 1.1 Erläutern Sie ausgehend von der Elektronenkonfiguration den Zusammenhang zwischen Atombau und Stellung des Elements Zinn im Periodensystem. 1.2 Kommt man mit einer Amalgamprobe auf ein Stück Aluminiumfolie, bildet sich ein Lokalelement. Erklären Sie diesen Sachverhalt. Erreichbare BE-Zahl: 5 2 Magensaft enthält Salzsäure. Diese tötet die meisten Bakterien ab, die bei der Nahrungsaufnahme in den Magen gelangen. 2.1 Die Untersuchung von 10 ml Magensaft ergab einen Anteil an reiner Salzsäure von 0,0365 g. Berechnen Sie den ph-wert des Magensafts. 2.2 Als Folge einer Überproduktion der Salzsäure kann eine Magenschleimhautentzündung (Gastritis) entstehen. Moderne Arzneimittel zur Gastritisbehandlung enthalten Aluminiumhydroxid. Erläutern Sie unter Einbeziehung von Teilgleichungen und Ihrer Kenntnisse über die Säure-Base-Theorie von BRØNSTED deren Wirkung. 2.3 Berechnen Sie die Masse an Alumniumhydroxid, die theoretisch nötig ist, um 200 ml Magensaft von ph = 0,5 auf ph = 1,5 anzuheben. Erreichbare BE-Zahl: 9 Seite 2 von 8

3 3 Durch Photosynthese entsteht aus Kohlenstoffdioxid und Wasser unter anderem Glucose. Diese Reaktion wird ermöglicht, weil das Chlorophyll (Blattgrün) in den Chloroplasten der Pflanzen Sonnenlicht absorbiert. 3.1 Entwickeln Sie die Reaktionsgleichung für die Photosynthese. 3.2 Interpretieren Sie die nachfolgende graphische Darstellung und leiten Sie mit Hilfe der thermodynamischen Größen die Notwendigkeit der Lichtabsorption ab. G -T * R S R H R G 0 Abbildung nicht maßstabgerecht 3.3 Chlorophyll ist ein Chelatkomplex in der Natur. Beschreiben Sie den prinzipiellen Aufbau eines Chelatkomplexes. Erreichbare BE-Zahl: 6 4 Die Komplexverbindung (NH 4 ) 2 [SiF 6 ] wird zur Kariesprophylaxe verwendet. 4.1 Geben Sie für diese Verbindung den systematischen Namen an und erläutern Sie an diesem Beispiel die Modellvorstellung der koordinativen Bindung. 4.2 Das im Zahnschmelz enthaltene Hydroxylapatit, Ca 5 (OH(PO 4 ) 3 ), wird in widerstandfähigeres Fluoroapatit umgewandelt. Entwickeln Sie die Reaktionsgleichung für die Umsetzung von Hydroxylapatit mit (NH 4 ) 2 [SiF 6 ]. Dabei entsteht u.a. Siliciumdioxid als Nebenprodukt. Erreichbare BE-Zahl: 5 Seite 3 von 8

4 Teil B (20 BE) Bearbeiten Sie nachfolgende Aufgaben. Organische Verbindungen 1 Methanol wird technisch aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff hergestellt. Kat. CO (g) + 2 H 2 (g) CH 3 OH (g) Für diese Gleichgewicht ist K C = 10,2 l 2 * mol -2 bei 225 C. Berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration an Kohlenstoffmonoxid, wenn die Stoffmengenkonzentration im Gleichgewicht an Wasserstoff c(h 2 ) = 0,06 mol * l -1 und an Methanol c(ch 3 OH) = 2,754*10-3 mol * l -1 betragen. Erreichbare BE-Zahl: 2 2 Einige Alkohole reagieren mit angesäuerter Kaliumdichromatlösung unter Bildung von Alkanalen. Die zu beobachtende Farbänderung von orange zu grün ist auf die Bildung von Chrom(III)-Ionen zurückzuführen. 2.1 Entscheiden und begründen Sie, welche der folgenden Alkohole in einer Reaktion mit Dichromat-Ionen zu einem Alkanal reagieren können. OH CH 3 I I a) CH 3 -CH-CH 3 b) CH 3 -CH 2 -CH 2 OH c) CH 3 -CH 2 -CH-CH 2 OH 2.2 Entwickeln Sie für eine der möglichen Reaktionen die Gleichung in Ionenschreibweise. Gehen Sie von Teilgleichungen aus. Erreichbare BE-Zahl: 5 Seite 4 von 8

5 3 Lactose und Saccharose können vom Organismus schnell zur Energiegewinnung genutzt werden. 3.1 Lactose und Saccharose unterscheiden sich in ihrem reduzierenden Verhalten. Erläutern Sie diese Aussage unter Einbeziehung der Struktur beider Moleküle. 3.2 Zur Herstellung von Bioalkohol wird Saccharose zunächst hydrolytisch gespalten. Die Spaltprodukte werden anschließend alkoholisch vergoren. Entwickeln Sie für beide Prozesse die Reaktionsgleichungen. Erreichbare BE-Zahl: 4 4 Bei Hand- und Fußoperationen verwendet man heute an Stelle von Metallstiften zunehmend Schrauben, die unter anderem Polymilchsäure enthalten. 4.1 Leiten Sie aus der Formel der Milchsäure (CH 3 -CH(OH)-COOH) den systematischen Namen ab und begründen Sie das Auftreten der optischen Aktivität bei dieser Verbindung. 4.2 Ordnen Sie die pks-werte 4,88 und 3,87 der Milchsäure bzw. der Propansäure zu. Begründen Sie ihre Zuordnung. 4.3 Zur Bildung von Polymilchsäure wird prinzipiell nur eine Monomerart benötigt. Begründen Sie diese Aussage. 4.4 Ordnen Sie die Bildung von Polymilchsäure einer Reaktionsart zu und geben Sie einen Formelausschnitt aus der Polymilchsäure an. Erreichbare BE-Zahl: 9 Seite 5 von 8

6 Teil C (15 BE) Wählen Sie eine der nachstehenden Aufgaben aus und bearbeiten Sie diese. Aufgabe C 1 Reaktionen von Kupfer(II)-Ionen 1 Elektrolysieren Sie eine Kaliumnitratlösung mit einer Kupfer- und einer Eisenelektrode. Bauen Sie mit den bereitgestellten Geräten und Chemikalien eine Apparatur zur Elektrolyse einer Kaliumnitratlösung auf. Die Eisenelektrode ist als Katode (Minuspol) und die Kupferelektrode als Anode (Pluspol) zu schalten. Achten Sie darauf, dass die Elekroden gründlich gereinigt sind. Führen Sie nachfolgende Experimente durch. Experiment A Elektrolysieren Sie die Kaliumnitratlösung bei ca. 8V über einen Zeitraum von ca. 5min. Rühren Sie die Elektrolytlösung mit einem Glasstab mehrmals um. Experiment B Entnehmen Sie nach der Elektrolyse mit einer Pipette ca. 2ml der Elektrolytlösung. Versetzen Sie diese Lösung mit 3 Tropfen Phenolphthalein (F). Experiment C Entnehmen Sie nochmals ca. 2ml der Elektrolytlösung und versetzen Sie diese mit Ammoniaklösung (Xi) im Überschuss. 1.1 Notieren Sie für alle durchgeführten Experimente die Beobachtungen. 1.2 Erklären Sie unter Einbeziehung Ihrer Beobachtungen aus Experiment B und C, worauf die Veränderung in der Elektrolytlösung (Experiment A) zurückzuführen ist. 1.3 Entwickeln Sie für die bei der durchgeführten Elektrolyse an Anode und Katode ablaufenden Reaktionen die Gleichung. 2 Die notwendige Reaktionswärme für eine endotherme Reaktion kann durch das Lösen von z.b. festem Natriumhydroxid erzeugt werden. 2.1 Berechnen Sie, welche Temperaturänderung beim Lösen von 1g festem Natriumhydroxid in 4ml Wasser auftritt. Hinweis: Verwenden Sie für Ihre Berechnungen die spezifische Wärmekapazität des Wassers c p (H 2 O) = 4,19 J * g -1 * K Vergleichen Sie die Beträge von Gitter- und Hydratationsenthalpie bei dem beschriebenen Lösevorgang. Seite 6 von 8

7 3 Der Nachweis der reduzierenden Wirkung von Glucose erfolgt u.a. durch die FEHLING-Probe. Um einen möglichen Siedeverzug beim Erwärmen des stark alkalischen Stoffgemisches aus FEHLINGscher- und Glucoselösung zu vermeiden, kann die Durchführung der Nachweisreaktion verändert werden. Experiment D Lösen Sie das bereitgestellte Stoffgemisch (Xn, N), welches u.a. Kupfer(II)-sulfat enthält, in 3ml destilliertem Wasser. Geben Sie anschließend 2ml Glucoselösung hinzu. Versetzen Sie die so hergestellte Lösung mit den zur Verfügung gestellten Natriumhydroxidplättchen ( C). Schütteln Sie vorsichtig das Stoffgemisch. 3.1 Notieren Sie Ihre Beobachtungen. 3.2 Entwickeln Sie für die Reaktion von Kupfer(II)-Ionen mit Glucose die Gleichung in Ionenschreibweise. Gehen Sie von den Teilgleichungen der korrespondierenden Redoxpaare aus. Seite 7 von 8

8 Teil C (15 BE) Aufgabe C 2 Identifizierung von Ionen 1 Sie erhalten ein Becherglas mit Phenolphthalein-Lösung und vier nummerierte Bechergläser mit wenigen Tropfen der wässrigen Lösung unterschiedlicher Salze. Die Lösungen enthalten jeweils einmal Eisen(III)-, Carbonat-, Hexacyanoferrat(II)- und Thiocyanat-Ionen. 1.1 Führen Sie die Indentifizierung der Ionen vor einem weißen Hintergrund nach der folgenden Anleitung durch. Behalten Sie bei den Experimenten A bis D ca. 5ml zum Vergleich zurück. Notieren Sie alle Beobachtungen. Experiment A Geben Sie die bereitgestellte Phenolphthalein-Lösung (F) in das Becherglas 1. Experiment B Übertragen Sie den Inhalt von Becher 1 in das Becherglas 2. Experiment C Übertragen Sie den Inhalt von Becher 2 in das Becherglas 3. Experiment D Bringen Sie die Hälfte der Lösung aus Becherglas 3 mit der wässrigen Lösung in Becherglas 4 zur Reaktion. Hinweis: Das Reaktionsprodukt aus Becherglas 4 und der andere Teil der Lösung aus Becherglas 3 werden im nächsten Experiment noch benötigt. 1.2 Ordnen Sie die nachgewiesenen Ionen dem jeweiligen Becherglas zu. Erläutern Sie diese unter Zuhilfenahme von Beobachtungen und Reaktionsgleichungen. 2 Experiment E Überprüfen Sie die Zuordnung der Ionen zu Becherglas 3 und 4. Versetzen Sie dazu je 5ml der Reaktionsprodukte aus den Experimenten C und D mit je 5ml gesättigter Natriumfluoridlösung (Xn) und rühren Sie um. 2.1 Notieren Sie alle Beobachtungen. 2.2 Leiten Sie aus Ihren Beobachtungen Aussagen zur Komplexstabilität ab. Entwickeln Sie mögliche Reaktionsgleichungen. Anhang Kalorimetrische Grundgleichung R H = m Lösung c p H 2 O T n Lösungsenthalpie L H(NaOH) = -42 kj * mol -1 Seite 8 von 8