Abschlussklausur Anorganische Chemie für Geowissenschaftler II Modul BGEO2.5.1

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1 Abschlussklausur Anorganische Chemie für Geowissenschaftler II Modul BGEO2.5.1 Name, Vorname:... MatrikelNr.: Bei der Anionenanalyse (Analyse 4) gab es eine wichtige Vorprobe, nämlich die Probe darauf, ob die Analyse oxidierende oder reduzierende Komponenten enthält. Eine oxidierende 2 Analyse konnte die Ionen ClO, ClO 4, BrO, IO und S2O 8 enthalten, eine reduzierende Analyse konnte die Ionen Br, I, CN, SCN, S2O, SO und S enthalten. In beiden Analysen konnten außerdem die sich in Bezug auf ihr Redoxverhalten weitgehend neutral verhaltenden 2 Ionen Cl und SO enthalten sein. 4 Warum kann/sollte eine Analyse nicht sowohl oxidierende als auch reduzierende Komponenten enthalten? Oxidierende und reduzierende Komponenten reagieren miteinander, so dass nicht mehr (jedenfalls nicht immer) die zu bestimmenden Ausgangsstoffe ermittelt werden können und/oder auf sie geschlossen werden kann. 2 Bitte vervollständigen Sie eine der folgenden Reaktionsgleichung (also A, B oder C) für den Nachweis einer oxidierenden Analyse durch Zugabe von I Ionen, wenn das oxidierende Ion 2 A) ClO, B) BrO oder C) S2O 8 ist: (Bitte mit Angabe der formalen Oxidationszahlen und der Kennzeichnung von Oxidationsund Reduktionsreaktion durch Angabe der jeweils ausgetauschten Elektronen nach dem folgenden Schema 2*+1e + 1 ± HNO 2 + 2H + 2I 2H2O + I 2 + 2NO + 2*1e

2 + 6e +5 1 ±0 1 A)... ClO + 6 I + 6 H + I Cl + H2O 8 6*1e +2*1e O O ± B)... S2O I 2 SO I2 O=SOOS=O 2*1e O O + 6e +5 1 ±0 1 C)... BrO + 6 I + 6 H + I Br + H2O 6*1e Wenn eine oxidierende Analyse vorlag, dann färbt sich die Lösung durch das dabei gebildete I dunkel. Wie können Sie nachweisen, dass diese Färbung tatsächlich von I stammt? 2 2 Entweder mittels JodStärkerReaktion (Blaufärbung) oder in Heptan, Hexan oder ähnlichem ausschütteln (violette Färbung) 2

3 2. Ein wichtiger Grundstoff in der chemischen Industrie ist die Soda, Na2CO. Soda löst sich gut in Wasser. Welche Ionen liegen dann in dieser wässrigen Lösung vor: Na, CO + 2 +, H und OH 4 Wenn Sie mit UNITESTPapier den phwert einer solchen wässrigen Na2COLösung bestimmen, dann werden Sie feststellen, dass die Lösung basisch reagiert. Geben Sie eine Erklärung dafür: NaOH (aus Na+ und OH) ist eine starke Base und deshalb vollständig dissoziiert, H2CO ' (aus + 2 H und CO ) ist keine starke Säure und deshalb nur unvollständig dissoziiert, deshalb ist die + [OH ] > [H ] 4 Soda wird nach dem SOLVAYVerfahren aus NaCl und CaCO hergestellt. Damit bei diesem Verfahren gemäß 2NaCl + CaCO Na2CO + CaCl 2tatsächlich Soda entsteht, muss man einen chemischen Umweg gehen. Dabei spielt NH eine wesentliche Rolle. Beantworten Sie wieder eine der folgenden Fragen (A, B oder C) A) Welche Verbindung wird mit Hilfe von NH und auf welche Weise hergestellt, aus der dann NaHCO gemacht wird (Reaktionsgleichungen und kurze Begründung)? NH + H2O + CO 2 NH4HCO NH HCO + NaCl NaHCO + NH Cl B) Wie wird der teure Rohstoff NH aus dem NH4Cl wieder zurück gewonnen? CaO + H2O Ca(OH) 2 Ca(OH) + 2NH Cl CaCl + 2NH + H O C) NaHCO spielt bei der SodaHerstellung eine wichtige Rolle; bei welchem natürlichen Prozess spielt ein anderes Hydrogencarbonat, nämlich Ca(HCO ) 2eine wichtige Rolle, weil es sich in dieser Beziehung ganz anders als NaHCO verhält? CaCO + H2O + CO 2 Ca(HCO ) 2 (temporäre) Wasserhärte. NH wird großtechnisch direkt aus den Elementen (N 2 und H 2) synthetisiert. Sie haben NH auch schon im Labor während des Praktikums hergestellt. Vervollständigen Sie die entsprechende Gleichung:... NH4Cl +... NaOH... NH +... HO NaCl 2

4 Die Reaktion von N 2 mit H 2 zu 2NH ist eine exotherme (Wärme wird freigesetzt) Gleichgewichtsreaktion. Es findet also immer sowohl die Hinreaktion (Bildung von NH ) als auch die Rückreaktion (Zerfall des NH ) statt. Welche Reaktionsbedingungen müssten Sie eigentlich wählen, um eine möglichst hohe Ausbeute an NH zu erzielen (mit kurzer Begründung!)? möglichst niedrige T, um freiwerdende Wärme zu binden möglichst hoher Druck, um (1+) Volumenteile in 2 Volumenteile zu zwingen 4 Wie heißt das dabei wirkende Prinzip? Prinzip vom kleinsten Zwang (LeChatelier sches Prinzip) 2 Beantworten Sie eine der folgenden Frage (A, B oder C): A) Warum erfolgt die NHSynthese aber trotzdem bei Temperaturen von 400 C und höher, obwohl die Ausbeuten dann nur etwa 17% betragen? bei nierigeren T arbeitet der Katalysator nicht 2 B) Was geschieht mit den nicht umgesetzten Anteilen an N 2und H 2? Wie können sie vom NH aus dem Gasgemisch abgetrennt werden? entweder in Wasser lösen oder wie in der Technik durch Entspannen verflüssigen C) Der für die Ammoniaksynthese benötigte Wasserstoff H 2 wurde früher aus Wasser gewonnen. Wie erfolgte die Reduktion zu H (Reaktionsgleichung!) in der Technik? C + H2O CO + H2 2

5 Zusatzaufgaben für diejenigen, die meinen noch einen Punkt zu brauchen: Um zu prüfen, ob ein Stoff (zum Beispiel Ihre Analyse) reduzierende Substanzen enthält, kann man diesen Stoff in Wasser lösen, säuert an und gibt KMnO4Lösung zu. Wenn reduzierende Stoffe vorhanden sind, dann wird die violette Lösung entfärbt. Beantworten Sie eine der folgenden Fragen (A, B oder C für C gibt es doppelte Punktzahl!): A) Wie heißt KMnO 4 mit (richtigem) chemischen Namen? Kaliumpermanganat 1 B) Wie groß ist die formale Oxidationszahl von Mangan im PermanganatIon? +7 C) Geben Sie eine Valenzstrichformel für das MnO 4 an: O O=Mn=O O Und für diejenigen, die es mir richtig zeigen wollen, noch eine weitere Zusatzaufgabe: Nehmen Sie an, dass der zu untersuchende Stoff als reduzierende Substanz I enthält und vervollständigen Sie die Redoxgleichung (Angabe der formalen Oxidationszahlen der beteiligten Spezies, Kennzeichnung der Reduktions und Oxidationsreaktion durch Angabe der Zahl der ausgetauschten Elektronen wie bei dem in Aufgabe 1. gegebenen Schema): (Zu Ihrer Information: Mangan kann in den Oxidationsstufen +2 bis +7 vorkommen, dabei sind die Oxidationsstufen (von Mangan) +7, +6, +5 und + in wässriger Lösung alle stark gefärbt, die Oxidationsstufe +4 kommt in wässriger Lösung (praktisch) nicht vor (Bildung von schwer 2+ löslichem MnO 2 Braunstein), nur die stabile Oxidationsstufe +2 (Mn ) ist schwach rosa gefärbt, also praktisch farblos.) +2*5e 1 +7 ± I + 2MnO H 5I Mn HO *1e 4 Punkte insgesamt + Zusatzpunkte