Schriftliche Abiturprüfung Grundkursfach Chemie - E R S T T E R M I N - Material für den Prüfungsteilnehmer. Teil A

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1 Sächsisches Staatsministerium für Kultus Schuljahr 2015/16 Geltungsbereich: allgemeinbildendes Gymnasium Abendgymnasium und Kolleg schulfremde Prüfungsteilnehmer Schriftliche Abiturprüfung Grundkursfach Chemie E R S T T E R M I N Material für den Prüfungsteilnehmer Teil A Allgemeine Arbeitshinweise Ihre Arbeitszeit für den Prüfungsteil A beträgt 60 Minuten. Im Teil A sind 15 Bewertungseinheiten (BE) erreichbar. Zugelassene Hilfsmittel: Zeichengeräte Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung Handelt es sich bei den Hilfsmitteln um Wörterbücher, sind jeweils nichtelektronische und elektronische Wörterbücher zugelassen, sofern sie geschlossene Systeme ohne Möglichkeit der Speichererweiterung sind. Internetfähige Hilfsmittel sind ausgeschlossen. Prüfungsteilnehmer mit Migrationshintergrund, deren Herkunftssprache nicht Deutsch ist, können zusätzlich in allen Prüfungsfächern ein zweisprachiges Wörterbuch (Deutsch Herkunftssprache/HerkunftsspracheDeutsch) verwenden. ChemGKET/Ma Signatur 55/1 Seite 1 von 10

2 Seite 2 von 10 Signatur 55/1 ChemGKET/Ma Hauptgruppen VIII 2 He 4,0 10 Ne 20,0 18 Ar 40,0 36 Kr 84,0 54 Xe 131,0 86 Rn (222) 118 VII 9 F 19,0 4,0 17 Cl 35,5 3,0 35 Br 80,0 2,8 53 I 127,0 2,5 85 At (210) 117 VI 8 O 16,0 3,5 16 S 32,0 2,5 34 Se 79,0 2,4 52 Te 128,0 2,1 84 Po (209) 2,0 116 V 7 N 14,0 3,0 15 P 31,0 2,1 33 As 75,0 2,0 51 Sb 122,0 83 Bi 209,0 115 IV 6 C 12,0 2,5 14 Si 28,0 32 Ge 73,0 50 Sn 119,0 82 Pb 207,0 114 III 5 B 11,0 2,0 13 Al 27,0 1,5 31 Ga 70,0 1,6 49 In 115,0 1,7 81 Tl 204,0 113 Auszug aus dem Periodensystem der Elemente Elementsymbol Elektronegativität Nebengruppen II 30 Zn 65,5 1,6 48 Cd 112,5 1,7 80 Hg 200,5 112 I 29 Cu 63,5 47 Ag 108,0 79 Au 197,0 111 VIII 28 Ni 59,0 46 Pd 106,5 78 Pt 195, Co 59,0 45 Rh 103,0 77 Ir 192, Fe 56,0 44 Ru 101,0 76 Os 190, Na 23,0 0,9 VII 25 Mn 55,0 1,5 43 Tc 98,0 75 Re 186,0 107 Ordnungszahl Atommasse in u (gerundet) VI 24 Cr 52,0 1,6 42 Mo 96,0 74 W 184,0 1,7 106 V 23 V 51,0 1,6 41 Nd 93,0 1,6 73 Ta 182,0 1,5 105 IV 22 Ti 48,0 1,5 40 Zr 91,0 1,4 72 Hf 178,5 1,3 104 Rf 261,0 III 21 Sc 45,0 1,3 39 Y 89,0 1, Lanthanoide Actinoide Hauptgruppen II 4 Be 9,0 1,5 12 Mg 24,0 1,2 20 Ca 40,0 1,0 38 Sr 88,0 1,0 56 Ba 137,0 0,9 88 Ra (226) 0,9 I 1 H 1,0 2,1 3 Li 7,0 1,0 11 Na 23,0 0,9 19 K 39,0 0,8 37 Rb 85,5 0,8 55 Cs 133,0 0,7 87 Fr (223) 0,7 Periode

3 Chiffre: Kennzahl: Prüfungsinhalt Teil A 1 Kreuzen Sie in den Aufgaben 1.1 bis 1.5 die jeweils richtige Antwort an. 1.1 In Wasser unlöslich ist die Verbindung: C 2 H 5 OH NaHCO 3 C 6 H 14 CH 3 COOH 1.2 Diese Reaktion ist keine Redoxreaktion: 2 Na + Cl 2 2 NaCl H 2 SO 4 + Ca CaSO 4 + H 2 Ba(OH) 2 + CO 2 BaCO 3 + H 2 O CH O 2 CO H 2 O 1.3 Zwischen den Teilchen dieses Stoffes wirken Wasserstoffbrücken: CH 4 CaHCO 3 O 2 CH 3 OH 1.4 In diesem chemischen Gleichgewicht wird durch Drucksenkung die Ausbeute an Reaktionsprodukten erhöht: CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O(g) Fe(s) + S(s) FeS(s) 2 H 2 S(g) + SO 2 (g) 3 S(s) + 2 H 2 O(g) 3 N 2 O(g) + 2 NH 3 (g) 4 N 2 (g) + 3 H 2 O(g) 1.5 Die molare Standardbildungsenthalpie von Kohlenstoffdioxid beträgt f H m 0 (CO 2 ) = 394 kj. mol 1. Dieser Wert gilt für die folgende Reaktion: H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 2 CO + O 2 2 CO 2 C + O 2 CO 2 C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O Für Aufgabe 1 erreichbare BEAnzahl: 05 ChemGKET/Ma Signatur 55/1 Seite 3 von 10

4 Ausbeute an Schwefeltrioxid in % 2 Das Element Schwefel liegt in den Verbindungen Schwefelwasserstoff H 2 S und Schwefeldioxid SO 2 in unterschiedlichen Oxidationsstufen vor. Geben Sie die Oxidationszahlen des Schwefels in beiden Verbindungen an. Begründen Sie diese Oxidationszahlen anhand der Elektronenkonfiguration des Schwefels. 3 Eine wässrige Hydrogensulfatlösung (HSO 4 ) reagiert sauer. Erläutern Sie die Protolyse des HydrogensulfatIons als SäureBaseReaktion nach BRØNSTED. 4 Die katalytische Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid ist eine Gleichgewichtsreaktion und stellt die Grundlage für die großtechnische Herstellung der Schwefelsäure dar. 4.1 Entwickeln Sie die Reaktionsgleichung für die Oxidation von Schwefeldioxid. Erreichbare BEAnzahl: Leiten Sie aus der grafischen Darstellung den Einfluss der Temperatur auf die Lage des chemischen Gleichgewichts ab. Ziehen Sie eine Schlussfolgerung über den energetischen Verlauf der Reaktion Temperatur in C 4.3 Nennen Sie einen Verwendungszweck für Schwefelsäure. Erreichbare BEAnzahl: 01 Seite 4 von 10 Signatur 55/1 ChemGKET/Ma

5 Sächsisches Staatsministerium für Kultus Schuljahr 2015/16 Geltungsbereich: allgemeinbildendes Gymnasium Abendgymnasium und Kolleg schulfremde Prüfungsteilnehmer Schriftliche Abiturprüfung Grundkursfach Chemie E R S T T E R M I N Material für den Prüfungsteilnehmer Teil B und Teil C Allgemeine Arbeitshinweise Ihre Arbeitszeit (einschließlich der Zeit für das Lesen der Aufgabentexte und der Zeit für die Auswahl der Wahlaufgaben) beträgt 180 Minuten. Die im Anhang angegebenen Daten sind für Berechnungen zu verwenden. Werden GTR Programme genutzt, so muss in der Darstellung des Lösungsweges deutlich werden, aus welchen Eingabedaten mit Hilfe des Programms welche Ergebnisse gewonnen wurden. Insgesamt sind 45 Bewertungseinheiten (BE) erreichbar. Zugelassene Hilfsmittel: Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung grafikfähiger, programmierbarer Taschenrechner mit oder ohne ComputerAlgebra System oder ein ComputerAlgebraSystem auf der Grundlage einer anderen geschlossenen Plattform entsprechend den getroffenen Festlegungen der Schule in den Prüfungsteilen B und C der Prüfung Tabellen und Formelsammlung in den Prüfungsteilen B und C der Prüfung Zeichengeräte PC oder Laptop im Falle einer entsprechenden Aufgabenstellung im Prüfungsteil C zur möglichen Nutzung. Das Hilfsmittel darf ausschließlich für die experimentelle oder praktische Tätigkeit genutzt werden. Auf dem PC oder Laptop muss die Software installiert sein, die der Prüfungsteilnehmer bisher für die Erfassung und Auswertung von Messwerten genutzt hat. Es muss sich um geschlossene Systeme ohne Internetzugang handeln. Handelt es sich bei den Hilfsmitteln um Wörterbücher, sind jeweils nichtelektronische und elektronische Wörterbücher zugelassen, sofern sie geschlossene Systeme ohne Möglichkeit der Speichererweiterung sind. Internetfähige Hilfsmittel sind ausgeschlossen. Prüfungsteilnehmer mit Migrationshintergrund, deren Herkunftssprache nicht Deutsch ist, können zusätzlich in allen Prüfungsfächern ein zweisprachiges Wörterbuch (Deutsch Herkunftssprache/HerkunftsspracheDeutsch) verwenden. ChemGKET/Ma Signatur 55/1 Seite 5 von 10

6 Prüfungsinhalt Teil B 1 Lithium ist ein reaktionsfreudiges Element und kommt in der Natur nur in Verbindungen vor. 1.1 Leiten Sie aus dem Bau zwei Eigenschaften des Metalls Lithium ab. 1.2 Lithium reagiert heftig mit Wasser. Dabei entstehen u. a. Lithiumhydroxidlösung und Wasserstoff. Beschreiben Sie eine Möglichkeit zur Identifizierung eines der Reaktionsprodukte. 2 Zur Herstellung des Metalls Lithium wird Lithiumchlorid geschmolzen und in geschmolzenem Zustand elektrolysiert. 2.1 Entwickeln Sie die Reaktionsgleichungen für die Anoden und Katodenreaktion sowie für die Zellreaktion in Ionenschreibweise. 2.2 In der Praxis wird die Elektrolyse von Lithiumchlorid mit einer Stromstärke von 8 ka durchgeführt. Berechnen Sie die Zeit, die unter diesen Bedingungen notwendig ist, um 500 kg Lithium abzuscheiden. 3 Lithium wird unter anderem als Elektrodenmaterial in Batterien für Herzschrittmacher eingesetzt. 3.1 Berechnen Sie die Standardzellspannung eines LithiumIodElements. 3.2 Vergleichen Sie tabellarisch die Vorgänge in einer galvanischen Zelle mit denen in einer Elektrolysezelle hinsichtlich Reaktionsart, Freiwilligkeit des Reaktionsablaufs und Energieumwandlung. 4 Lithiumorganische Verbindungen spielen bei vielen organischen Synthesen eine große Rolle. Erklären Sie die Polarität der LithiumKohlenstoffBindung unter Einbeziehung der Elektronegativitätswerte. Seite 6 von 10 Signatur 55/1 ChemGKET/Ma

7 5 Chlor ist eine wichtige Grundchemikalie. Dieses reagiert mit Ethen zu 1,2Dichlorethan, welches anschließend zu Monochlorethen und Chlorwasserstoff umgesetzt wird. 5.1 Entwickeln Sie die Reaktionsgleichungen für die genannten chemischen Reaktionen. 5.2 Geben Sie jeweils die organische Reaktionsart an. Begründen Sie eine der Reaktionsarten. 5.3 Monochlorethen kann auch durch die Reaktion von Ethin mit Chlorwasserstoff hergestellt werden. C 2 H 2(g) + HCl (g) C 2 H 3 Cl (g) R H m 0 = 99 kj. mol 1 Berechnen Sie die molare Standardbildungsenthalpie von Monochlorethen. 6 Polyvinylchlorid (PVC) ist ein Kunststoff, der durch radikalische Polymerisation aus Monochlorethen hergestellt werden kann. 6.1 Begründen Sie, dass Monochlorethen polymerisiert werden kann. Nennen Sie die Schritte der radikalischen Polymerisation. 6.2 Geben Sie jeweils einen Vor und einen Nachteil für den Einsatz von Kunststoffen im Alltag an. 6.3 Erläutern Sie einen Nachweis für Mehrfachbindungen zwischen CAtomen. ChemGKET/Ma Signatur 55/1 Seite 7 von 10

8 Teil C Wählen Sie eine der nachstehenden Aufgaben aus und bearbeiten Sie diese entsprechend der Aufgabenstellung. Aufgabe C 1 Gummibärchen sind eine beliebte Süßigkeit. Sie enthalten u. a. Kohlenhydrate, Fette sowie Fruchtsäuren. Weisen Sie Inhaltsstoffe bzw. Strukturmerkmale von Inhaltsstoffen der Gummibärchen nach. Experiment A Untersuchen Sie die Gummibärchenlösung auf das Vorhandensein von Glucose und Säuren. Experiment B Versetzen Sie ca. 5 ml der Gummibärchenlösung mit 3 Tropfen Bromwasser. Experiment C Geben Sie zu ca. 5 ml der Gummibärchenlösung einen Tropfen LUGOLsche Lösung (IodKaliumiodidLösung). Experiment D Versetzen Sie ca. 5 ml der Gummibärchenlösung mit 3 Tropfen Kaliumpermanganatlösung und schütteln Sie die Probe. 1 Führen Sie die Experimente durch. Fordern Sie für Experiment A notwendige Geräte und Chemikalien beim Aufsicht führenden Lehrer an. Notieren Sie alle Beobachtungen. Erreichbare BEAnzahl: 08 2 Begründen Sie Ihre Beobachtungen bei Experiment A. 3 Nennen Sie die durch die Experimente B und C nachgewiesenen Inhaltsstoffe bzw. Strukturmerkmale. 4 Entwickeln Sie für das Experiment D die Reaktionsgleichung in Ionenschreibweise für die Teilreaktion, an der die PermanganatIonen beteiligt sind. Begründen Sie die Funktion der PermanganatIonen. Seite 8 von 10 Signatur 55/1 ChemGKET/Ma

9 Aufgabe C 2 Harnstoff CO(NH 2 ) 2 ist eine organische Verbindung, die mit Wasser in einer enzymkatalysierten Zersetzung zu Ammoniak und Kohlenstoffdioxid reagiert. 1 Entwickeln Sie die Reaktionsgleichung für die Zersetzung von Harnstoff unter Standardbedingungen. Erreichbare BEAnzahl: 01 2 Experiment A Geben Sie eine Spatelspitze Harnstoff in ein Reagenzglas und erhitzen Sie die Substanz. Prüfen Sie das entstehende Gasgemisch mit einem feuchten Streifen Universalindikatorpapier. Experiment B Erhitzen Sie ca. 2 g Harnstoff in einem Reagenzglas mit seitlichem Ansatz und leiten Sie das entstehende Gasgemisch in ca. 4 ml Bariumhydroxidlösung ein. Versetzen Sie das Reagenzglas mit dem Reaktionsprodukt der Nachweisreaktion mit einigen Tropfen Salzsäure und schütteln Sie es. 2.1 Führen Sie die Experimente durch und notieren Sie Ihre Beobachtungen. 2.2 Erläutern Sie die Beobachtungen zu den Experimenten A und B. Nennen Sie die Reaktionsart für die Nachweisreaktion im Experiment A. Erreichbare BEAnzahl: 04 3 Salzartige Verbindungen können in Abhängigkeit von ihrer Lösungsenthalpie Verwendung finden. Harnstoff kann z. B. zur äußerlichen Behandlung von Sportverletzungen eingesetzt werden. Experiment C Bestimmen Sie kalorimetrisch die molare Reaktionsenthalpie für das Lösen von 10 g Harnstoff in 50 ml Wasser. 3.1 Fordern Sie notwendige Geräte beim Aufsicht führenden Lehrer an. Erreichbare BEAnzahl: Führen Sie das Experiment durch. Notieren Sie Ihre Messwerte und berechnen Sie die molare Reaktionsenthalpie. Hinweis: Die Dichte und die spezifische Wärmekapazität der Lösung entsprechen annähernd denen von Wasser. Erreichbare BEAnzahl: Begründen Sie ausgehend von der berechneten Lösungsenthalpie den möglichen Einsatz bei der Behandlung von Sportverletzungen. ChemGKET/Ma Signatur 55/1 Seite 9 von 10

10 Anhang FARADAYKonstante F = 26,8 Ah. mol 1 Berechnung nach den FARADAYschen Gesetzen Zellspannung I. t = F. n. z U = E = E(Katode) E(Anode) Spezifische Wärmekapazität des Wassers c p (H 2 O) = 4,19 J. g 1. K 1 Kalorimetrische Grundgleichung Δ R H m c p H OmLösung 2 n ΔT Standardbildungsenthalpien Δ f H m 0 Stoff Δ f H m 0 in kj. mol 1 C 2 H HCl 92 Standardpotenziale E 0 Redoxpaar E 0 in V 2 I /I 2 + 0,54 Li/Li 3,04 Seite 10 von 10 ChemGKET/Ma