Klausur zur Vorlesung Chemie für Physiker, Werksto wissenschaftler und Geographen WS 2005/2006

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1 Klausur zur Vorlesung Chemie für Physiker, Werksto wissenschaftler und Geographen WS 2005/2006 PD Dr. Guido Kreiner 11:10 14:30 Freitag, den 24. Februar 2006 Fritz-Förster-Bau, Anorganischer Hörsaal Letzte mögliche Abgabe der Klausur: 14:30 Eigenes Papier ist nicht erlaubt! Folgende Hilfsmittel sind erlaubt: Kugelschreiber - bitte nicht mit rotem Stift schreiben Taschenrechner Periodensystem siehe Hörsaalwand Name Matrikel-Nr U nterschrif t Gesamtpunktzahl: Note: PD Dr. Guido Kreiner 1

2 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Wieviele Phasen enthält ein homogener Sto? 2 P 2. Wieviele Neutronen und Protonen enthalten jeweils die Atomkerne von 166 Er 2 P und 31 P. 3. Mit wieviel Elektronen können die 4f-Orbitale eines Atoms insgesamt besetzt 2 P werden? 4. Vervollständige den folgenden Zerfallsprozess! Wie heißt das frei werdende 2 P Teilchen? P o! P b + 5. Ordne die Elemente He, Li, Na, H nach steigender Ionisierungsenergie I 1. 2 P

3 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Skizziere die Valenzstrichformel des P O 3 4 Molekülanions. 2 P 7. Notiere die Elektronenkon guration für das Element Molybdän. 2 P Beispiel: Fluor: [He]2s 2 2p 5 8. Welche wässrigen Lösungen der folgenden Sto e reagieren neutral, sauer oder 2 P basisch: KOH, HBr, N 2, Na 3 PO Notiere die Reaktionsgleichung der Autodissoziation des Wassers: 2 P 10. Die Gitterparameter der konventionellen Elementarzelle einer Verbindung sind 2 P a = 7:0 Å; b = 5:3 Å; c = 8:7 Å; = = = 90. Welche Bravaisgitter-Typen sind mit der angegeben Metrik der Elementarzelle kompatibel?

4 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Wie lautet die Gibbs-Helmholtz Gleichung? 2 P 12. Welche Einheiten besitzen die folgenden Größen? 2 P (a) Entropie (b) Enthalpie (c) freie Enthalpie 13. Formuliere das entsprechende Massenwirkungsgesetz bezüglich der Gleichge- 2 P wichtskonstante K p für das folgende heterogene Gleichgewicht. ZnS(s) O 2(g) ZnO(s) + SO 2 (g) 14. Wie lautet die De nition der folgenden Größen? 2 P (a) ph-wert (b) poh-wert (c) pk S -Wert 15. Welchen ph-werte besitzten die folgenden wässerigen Lösungen? 2 P (a) Salzsäure mit der Konzentration 0:001 mol = l (b) Natronlauge mit der Konzentration 0:1 mol = l

5 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Wie lauten die Summenformeln der folgenden Säuren 2 P (a) Salzsäure (b) Schwefelsäure (c) Orthokieselsäure (d) Selensäure 17. Welche Phasen liegen am Tripelpunkt des Kohlendioxids vor? 2 P 18. Wieviele Atome be nden sich in der Elementarzelle von CaF 2. 2 P 19. Welcher Sto entsteht beim Verbrennen von Schwefel an Luft? Formulieren 2 P Sie die Reaktionsgleichung. 20. Ergänze die folgende Tabelle zur Beschreibung der Vorgänge an beiden Elek- 2 P troden einer Elektrolysezelle mit den jeweils richtigen Begri en. Elektrischer Anschluß: Minuspol, Pluspol Reaktionstyp: Oxidation, Reduktion Elektrodenbezeichnung: Kathode, Anode Elektrischer Anschluß Reaktionstyp Elektrodenbezeichnung

6 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Wieviele Moleküle be nden sich in 0:20 g Gas molekularen Wassersto s? 4 P Angabe: M r (H) = 1: Welche Molekülstruktur (Geometrie) besitzen die folgenden Moleküle bzw. 4 P Molekülanionen. Nutze zur Vorhersage das VSEPR Konzept (Valenzelektronenpaarabstoßungsmodell). (a) I 3 (b) IF 5 (c) ICl Bestimme die Oxidationszahlen der Atome in den folgenden Verbindungen. 4 P MgF 2 F 2 P bs COCl 2 HCN SnCl 4 H 2 O 2 H 2 O OF 2 Cl 2 O NH 3 CaH 2

7 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Formuliere die Reaktionsgleichung für die Umsetzung von Kupfer mit heißer, 4 P konzentrierter Schwefelsäure. Bei der Reaktion ensteht Schwefeldioxid. 25. Natrium kristallisiert im W-Strukturtyp (bcc oder krz) mit einer Dichte von 4 P 0; 971 g cm 3 und hat eine Molmasse von 22; 99 g mol 1. (a) Berechne den Gitterparameter (b) Berechne den Atomradius des Natriums

8 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Gegeben sei die Verbindung TiO 2 (Rutilstruktur). 4 P (a) Wie sind die Titanatome von Sauersto atomen in der Rutilstruktur koordiniert? (b) Wie großist die elektrostatische Bindungsstärke des Ti-Kations? 27. Formuliere die Summenformel der Verbindungen der folgenden Elemente mit 4 P Wassersto bzw. mit Sauersto. (a) Li (b) Be (c) B (d) C (e) N (f) P (g) S (h) Cl 28. Wieviel mg Fe nden sich in 100 ml einer gesättigten Lösung von FeCO 3 bei 4 P 25 C? Das Löslichkeitsprodukt von FeCO 3 beträgt K L = 2: (mol l 1 ) 2. Die relative Molmasse von Fe ist M r = 55:85.

9 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Skizziere schematisch den Verlauf der Siedepukte der Verbindungen NH 3, PH 3, 4 P AsH 3 und SbH 3. Durch welchen E ekt wird die beobachtete Siedepunktsanomalie erklärt? 30. Unter Verwendung der in der Tabelle angegebenen Radienverhältnisse ist den 4 P folgenden Verbindungen einer der drei Strukturtypen Quarz (SiO 2 ), Rutil (TiO 2 ) oder Fluorit (CaF 2 ) zuzuordnen. Verwende dazu die 2. Paulingsche Regel. (a) BeF 2 (b) MgF 2 (c) CeO 2 (d) CdF 2 (e) PbO 2 (f) GeO 2 Verbindung Radienverhältnis BeF 2 0; 26 MgF 2 0; 58 CeO 2 0; 79 CdF 2 0; 74 PbO 2 0; 64 GeO 2 0; 36

10 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Gegeben sei die folgende Reaktion. 8 P (a) Berechne die Standardreaktionsenthalpie H o 298, die freie Standardreaktionsenthalpie G o 298 und die Standardreaktionsentropie S o 298. (b) Berechne die Standardreaktionsenergie U o 298 unter der Annahme, daß das Volumen der Feststo e und Flüssigkeiten gegenüber dem Volumen der gebildeten Gase vernachlässigt werden kann. 2Ag 2 S(s) + 2H 2 O(l)! 4Ag(s) + 2H 2 S(g) + O 2 (g) Standardbildungsenthalpien Freie Standardbildungsenthalpien HB o 1 kj mol G o 1 B kj mol Ag 2 S 32:6 Ag 2 S 40:5 H 2 O(l) 285:8 H 2 O(l) 237:1 H 2 S(g) 20:6 H 2 S(g) 33:6 Gaskonstante R = 8:314 J K 1 mol 1

11 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Die Gleichgewichtskonstante K p der Ammoniaksynthese beträgt bei 25 C K p = 8 P 6:310 5 (atm 1 ) 2. Sticksto, Wassersto und Ammoniak seien ideale Gase. Die Gaskonstante beträgt 0:08206 l atm mol 1 K 1. N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (a) Berechne die Gleichgewichtskonstante K c. (b) Berechne die Gleichgewichtskonstante K x 10 atm. bei einem Gesamtdruck von

12 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Eine wäßerige, saure Lösung von Kaliumpermanganat wird mit einer wäßerigen 8 P Lösung von Eisendichlorid versetzt. " o (Mn 2+ =MnO 4 ) = 1; 51 V und " o (Fe 2+ =Fe 3+ ) = 0; 77 V. (a) Formuliere die entsprechenden Teilgleichungen der Oxidation und Reduktion. (b) Formuliere die Redoxpotentiale beider Redoxpaare. (c) Formuliere die entsprechende Redoxreaktion (d) Berechne den pk-wert der Reaktion unter der Annahme, daßein Pu er den ph Wert bei ph = 2 konstant hält.

13 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Zwei Platinelektroden tauchen in eine schwefelsaure 1 molare Silbersulfatlö- 8 P sung ein. Der ph-wert der Lösung ist ph = 0 und wird im Laufe der Elektrolyse konstant gehalten. Bei einer Elektrolyse scheidet sich Silber an einer der Elektroden (Stab I) ab. Die Elektrolyse wird beendet bei einer 99.99% Abscheidung des Silbers. (a) Formuliere die Teilgleichungen der Oxidation und Reduktion der Elektrolysereaktion. An welcher Elektrode (Stab I, Stab II, Kathode, Anode, Pol, Pol) ndet die Oxidation bzw. die Reduktion statt? (b) Bei welcher Zersetzungsspannung beginnt die Elektrolyse. Die gemessene Überspannung an der Anode beträgt 0; 47 V und an der Kathode 0 V (c) Wie großist die Änderung der Zersetzungspannung U Z? Angaben: (" o (H 2 O=O 2 ) = 1; 23 V; " o (Ag=Ag + ) = 0; 80 V)

14 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Gegeben sei gasförmiges Ne bei T = 273; 15 K und p = 1 atm: 8 P (a) Berechne das Volumen in Å 3 das ein Ne Atom scheinbar in dem Gas einnimmt. (b) Wie großist die prozentuale Raumerfüllung (vergleichbar dem Packungsfaktor im Festkörper) wenn der Radius des Ne Atoms r Ne = 1; 6 Å beträgt? (c) Wie großder Gitterparameter der Elementarzelle von festem Neon? Es kristallisiert im Cu-Strukturtyp. (d) Wie großist die prozentuale Packungsdichte im Cu-Strukturtyp? Die Gaskonstante beträgt 0:08206 l atm mol 1 K 1.

15 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Notizen

16 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Notizen

17 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Notizen

18 Physiker, Werksto wissenschaftler, Geographen WS2005/ Notizen