Naturwissenschaften, Teil Chemie

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1 Die Prüfung Naturwissenschaften dauert insgesamt 4 Stunden Sie umfasst die drei gleichwertigen Teile Biologie, hemie und Physik à je 80 Minuten: Kand.-Nr.: Note: Name, Vorname Für die Korrigierenden Korrigierender:.. Punktemaximum: 80 Punkte Erreichte Punktzahl:. Note Teil hemie:. Verfasser: Zeit: ilfsmittel: inweise: M. Suter, G. Rutz 80 Minuten (von total 4 Stunden) gemäss Weisungen 1. Die Antworten sind direkt auf die Aufgabenblätter zu schreiben. 2. Bitte lösen Sie keine einzelnen A4-Seiten aus dem Aufgabenkatalog heraus 3. Fassen Sie sich kurz, aber präzise. Überflüssiges beansprucht nur wertvolle Zeit! 4. Unleserliches wird nicht korrigiert und demzufolge auch nicht bewertet. 5. Die erreichbaren Punktzahlen sind bei allen Aufgaben angegeben. 6. Zur Erreichung der Note 6 müssen nicht alle Aufgeben vollständig gelöst werden. Wir wünschen Ihnen weiterhin viel Erfolg! Seite 1 von 11

2 Stoffe, Stoffgemische, Trennmethoden 1. 6P Füllen Sie folgende Tabelle aus. Da, wo es schwarze Balken gibt, brauchen Sie nichts einzusetzen. Gemischart homogen heterogen Aggregatzustand Komponente 1 Aggregatzustand Komponente 2 Trennmethode Ausgenutzter Unterschied beim Trennverfahren a) Lösung fest b) Gemenge c) flüssig flüssig d) Gasgemisch e) flüssig Filtration f) fest gasförmig Bindungsarten, Modelle 2. Die in der Spalte ganz links genannten Elemente (senkrecht geschrieben) werden miteinander reagieren gelassen bzw. miteinander bis zur Schmelze erhitzt. Die Reaktionsprodukte sind jeweils die Verbindungen der beiden Elemente. Die natürlichen Erscheinungsformen der Nichtmetalle dürfen ignoriert werden und somit die Elemente als Einzelatome behandelt werden. Bestimmen Sie für jede der drei Reaktionen folgende Einzelheiten: a) 3P b) 3P c) Kohlenstoff und Schwefel Aluminium und Schwefel Aluminium und Beryllium Reaktionsgleichung Bindungsart (jeweils 1 Begriff) Wie werden die im Produkt miteinander verbundenen Atome zusammengehalten? Erklären Sie kurz. Seite 2 von 11

3 2. Zeichnen Sie die in 2.a) beschriebene Reaktion von Kohlenstoff und Schwefel und die in 2.b) beschriebene Reaktion von Aluminium mit Schwefel mit geeigneten Modellen. Zeichnen Sie jeweils die Teilchen vor und nach der Reaktion und schreiben Sie die einzelnen Atome bzw. Ionen stets mit dem entsprechenden Symbol an. Geben Sie allfällige Ladungen der einzelnen Ionen an. Folgende Modelle stehen dabei zur Verfügung: Das Schalenmodell. Beispiel: N Das Lewis-Modell. Beispiele: N N Das Kimball-Modell (= Kugelwolkenmodell). Beispiele: N F l Br d) Kohlenstoff und Schwefel e) Aluminium und Schwefel Seite 3 von 11

4 3. a) Sie vergleichen Ammoniak (N 3 ) und Monophosphan (P 3 ). Beide haben die gleiche dreidimensionale Anordnung der Atome. Zeichnen Sie Ammoniak und Monophosphan mit der Keil-Strich-Formel oder mit dem Kimball-Modell (bitte für beide Moleküle dieselbe Darstellungsform wählen). 3P Ammoniak Monophosphan Beispiel für eine Keil-Strich- Formel F l Br Beispiel für das Kimball-Modell F l Br b) Zeichnen Sie in Ihren Darstellungen in Aufgabe 3.a) allfällige Ladungen oder Partialladungen (δ bzw. δ ) zu jedem betreffenden Atom ein. Falls keine Ladungen bzw. Partialladungen auftreten, schreiben Sie keine Ladung zu jedem betreffenden Atom. c) Welche Wechselwirkungen können die Ammoniak-Moleküle miteinander, bzw. die Monophosphan-Moleküle miteinander eingehen? Pro Spalte sind mehrere Kreuzchen möglich. Achtung: falsch angekreuzte Wechselwirkungen geben Abzug! Ammoniak Van-der-Waals-Wechselwirkungen Dipol-Dipol-Wechselwirkungen Ionische Wechselwirkungen Wasserstoffbrücken Monophosphan Van-der-Waals-Wechselwirkungen Dipol-Dipol-Wechselwirkungen Ionische Wechselwirkungen Wasserstoffbrücken d) Wenn Sie Ammoniak und Monophosphan miteinander vergleichen: Welcher Stoff hat den höheren Siedepunkt? Begründen Sie Ihre Antwort kurz. 1.5P e) Welche der beiden Substanzen zeigt die bessere Wasserlöslichkeit? Begründen Sie Ihre Antwort kurz. Seite 4 von 11

5 Reaktionsgleichungen 4. a) Wird elementares Kupfer in gelöste, heisse Salpetersäure (N 3 ) gegeben, entstehen Kupfernitrat (un 2 6 ), gasförmiges Stickstoffmonoxid (N) und Wasser. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung. b) Wird Eisen(II)-sulfid (FeS 2 ) in Gegenwart von Luftsauerstoff geröstet, entstehen Eisen(III)- oxid (Fe 2 3 ) und Schwefeldioxid (S 2 ). Schreiben Sie die Reaktionsgleichung. hemisches Rechnen 5. a) Zur erstellung von Silbernitrat kann Silberoxid mit Salpetersäure versetzt werden. Dabei bildet sich als Nebenprodukt Wasser: Ag N 3 2 AgN Es werden 300 g Silberoxid eingesetzt. Wieviel Gramm Silbernitrat entstehen? (Gehen Sie von einer Ausbeute von 100 % aus). Bitte geben alle Sie Ihre Berechnungen in Form von Gleichungen inkl. Einheiten an. 4P b) 75 ml Kupfer(II)-chlorid-Lösung mit einer Konzentration von 0.3 mol sollen auf eine Konzentration von 0.2 mol verdünnt werden. Wieviel Wasser muss zugegeben werden? Bitte ge- l l ben alle Sie Ihre Berechnungen in Form von Gleichungen inkl. Einheiten an. 3.5P Seite 5 von 11

6 Redoxreaktionen 6. Ein durch eine Fritte (= poröse Glaswand, die für Ionen durchlässig ist) getrenntes U-Rohr ist im einen Schenkel mit einer Kupferchlorid-Lösung, im anderen mit Zinkchlorid-Lösung gefüllt. In die Kupferchlorid-Lösung ist ein Graphitstab, in die Zinkchlorid-Lösung ein Stab aus elementarem Zink getaucht. Es ist keine Reaktion zu beobachten. Erst wenn beiden Stäbe mit einem elektrisch leitenden Draht miteinander verbunden werden, beginnt sich am Graphitstab eine metallische Schicht abzulagern, während der Zinkstab zusehends korrodiert. elektrisch leitender Draht Graphit (el. leitfähig) metallische Ablagerung ul 2 -Lösung a) Was spielt sich auf der Seite der Kupferchlorid-Lösung ab? Erklären Sie in 1-2 Sätzen. 1.5P Fritte Zn 0 Znl 2 - Lösung b) Was spielt sich auf der Seite der Zinkchlorid-Lösung ab? Erklären Sie in 1-2 Sätzen. 1.5P c) Welche Ionen fliessen in welche Richtung durch die Fritte? Erklären Sie Ihre Antwort kurz. d) Welche Funktion hat der elektrisch leitende Draht, bzw. warum reagiert das System erst, nachdem die beiden Stäbe elektrisch miteinander verbunden sind? e) Welche Teilchen haben in der oben beschriebenen Reaktion die Rolle des xidationsmittels? 1P f) Notieren sie die Redox-Gleichung zum oben beschriebenen Prozess im U-Rohr. 1P Seite 6 von 11

7 Säuren und Basen und Säure-Base-Gleichgewicht 7. a) Natriumhydrogencarbonat ist ein wasserlösliches Salz. Zu einer Natriumhydrogencarbonat-Lösung wird Salzsäurelösung gegeben. Zeichnen Sie mit Lewis-Formeln, was sich abspielt, wenn Natriumhydrogencarbonat und die saure Lösung miteinander in Kontakt kommen, indem Sie die in den Prozess involvierten Teilchen vor und nach der Reaktion zeichnen. ydrogencarbonat-ion 2.5P b) Zu Natriumhydrogencarbonat wird in einem anderen Experiment Natronlauge (= wässrige Lösung von Natriumhydroxid) gegeben. Zeichnen Sie wiederum mit Lewis-Formeln, was sich abspielt, wenn Natriumhydrogencarbonat und die Lauge miteinander in Kontakt kommen. Zeichnen Sie wiederum nur die am Prozess teilnehmenden Teilchen vor und nach der Reaktion. 2.5P c) Wie wird das kohlenstoffhaltige Teilchen genannt, welches aus dem im Aufgabenteil b) beschriebenen Prozess resultiert? 0.5P Seite 7 von 11

8 8. 6.5P Ammoniak-Lösung wird korrekterweise eigentlich als Ammoniumhydroxidlösung bezeichnet. Es handelt sich dabei um ein Gleichgewichtssystem: N (N 4 ) + () Es wird nun versucht, dieses Gleichgewichtsystem durch Zugabe verschiedener Stoffe zu stören. Geben Sie für jede der folgenden Situationen an, was mit der N 3 -Konzentration geschieht und erklären Sie unterhalb in Worten kurz, warum. Tun Sie dies jeweils anhand der Reaktionsgeschwindigkeiten der Vorwärts- oder der Rückreaktion. a) Zugabe von Ammoniumchlorid (N 4 l). Die N 3 -Konzentration nimmt zu. Die N 3 -Konzentration nimmt ab. Die N 3 -Konzentration bleibt gleich. b) Zugabe von konzentrierter Kochsalzlösung (Nal) Die N 3 -Konzentration nimmt zu. Die N 3 -Konzentration nimmt ab. Die N 3 -Konzentration bleibt gleich. c) Zugabe von konzentrierter Salzsäurelösung (l) Die N 3 -Konzentration nimmt zu. Die N 3 -Konzentration nimmt ab. Die N 3 -Konzentration bleibt gleich. Seite 8 von 11

9 rganische hemie 9. a) Was ist - gemäss der Definition - ein organisches Molekül? Antworten Sie in einem Satz. 1P rganische Moleküle b) Was versteht man unter einem Alken? Erklären Sie kurz. 1P Ein Alken c) Welche zwei funktionellen Gruppen zeichnen eine Aminosäure als solche aus? Zeichnen Sie eine einfache Verbindung, welche beide Gruppen aufweist, als Lewis- oder Skelettformel und benennen Sie die funktionellen Gruppen mit der korrekten Bezeichnung. Seite 9 von 11

10 P Vervollständigen Sie folgende Tabelle Summenformel Name nach IUPA- Nomenklatur Skelettformel Art der Verbindung (Alkan, Alken, Alkohol, Keton, Aldehyd, Ester, arbonsäure, etc.) a) 2,4-eptadien b) c) 2-Methylpentanal d) ycopentanon e) f) 4 8 Keton Seite 10 von 11

11 11. yclohexan und 1,3-yclohexadien können experimentell leicht voneinander unterschieden werden, indem sie in separaten Reagenzgläsern mit elementarem Brom (hat eine braune Farbe) versetzt und gut geschüttelt werden. Im einen Ansatz verschwindet die braune Farbe, im anderen nicht. a) Zeichnen Sie die Reaktion, welche sich in der sich entfärbenden Reaktionslösung abspielt, mit Lewis- oder Skelettformeln. Berücksichtigen Sie dabei das molekulare Vorkommen des Elements Brom. Wenn von einem Teilchen mehrere nötig sind bzw. entstehen, geben Sie die Anzahl an. 4P b) Wie wird die Reaktionsart genannt, welche sich im Aufgabenteil a) abspielte? 0.5P c) Weshalb wird diese Reaktionsart so genannt? 1P Seite 11 von 11