Naturwissenschaften, Teil Chemie

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1 Die Prüfung Naturwissenschaften dauert insgesamt 4 Stunden Sie umfasst die drei gleichwertigen Teile Biologie, Chemie und Physik à je 80 Minuten: Kand.-Nr.: Note: Name, Vorname Für die Korrigierenden Korrigierender:.. Punktemaximum: 84.5 Punkte Erreichte Punktzahl:. Note Teil Chemie:. Verfasser: Zeit: Hilfsmittel: Hinweise: M. Suter, G. Rutz 80 Minuten (von total 4 Stunden) Taschenrechner und Formelsammlungen 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 13

2 1. Stoffsysteme a) 5 P Jeweils zwei der folgenden Aussagen definieren oder umschreiben denselben Begriff. Ordnen Sie die entsprechenden Aussagen einander zu und notieren Sie im Antwortfeld die Zahlenpaare. Achtung: Eine Aussage hat kein Pendant und soll nicht in der Antwort erwähnt werden. Umfassen die Elemente und die Verbindungen. Sind ausschliesslich über kovalente Bindungen miteinander verbunden. Lassen sich ausschliesslich mit chemischen Methoden trennen. Bestehen aus mindestens zwei verschiedenen Atomsorten, die miteinander verknüpft sind. Lassen sich mit physikalischen Methoden trennen. Lassen sich weder mit chemischen, noch mit physikalischen Methoden trennen. Bestehen aus Kationen und Anionen und werden über die Anziehungskräfte zwischen den beiden Ionensorten zusammengehalten. Bestehen aus lauter Nichtmetallen. Bestehen aus lauter gleichen Atomen. Leiten im gelösten Zustand elektrischen Strom. 11 Enthalten keine anderen Teilchen ausser sich selber. Zahlenpaare: b) 5P Tragen Sie in der Tabelle unten die fehlenden Angaben zu den einzelnen Atomen bzw. einatomigen Ionen ein. Teilchenart Gesamtladung Anzahl Neutronen Anzahl Protonen Anzahl Elektronen Masse eines einzelnen Atoms Atomsymbol Neutrales Atom Kation Ca Seite 2 von 13

3 2. Trennmethoden 5.5P Eine moderne Version des Märchens von Aschenputtel könnte in etwa so lauten: Als Aschenputtel die böse Stiefmutter um Erlaubnis bat, an der Party des Bundespräsidenten teilnehmen zu dürfen, liess die Alte als Antwort einen Glaskrug, der mit Kochsalz gefüllt war, auf den Boden fallen, sodass dieser in tausend Scherben zersprang. Wenn du dieses Gemisch gänzlich getrennt hast, darfst Du gehen! sagte sie und wies auf den unansehnlichen Haufen aus Glassplittern und Salz. Aus lauter Boshaftigkeit goss sie noch eine Flasche Salatöl in den Haufen und verliess hämisch lachend die Küche. Aschenputtel aber war verzweifelt. Nachdem sie das Gemisch zusammengewischt und in eine grosse Schüssel gegeben hatte Nun kommen Sie ins Spiel: Erklären Sie dem armen Mädchen Schritt für Schritt, wie Sie das Dreikomponentengemisch (Glassplitter, Kochsalz und Öl) effizient trennen kann, um schliesslich alle Komponenten in drei separaten Behältern vorliegen zu haben. Nennen Sie bei jedem Schritt, was mit den einzelnen Komponenten während dieses Schrittes passiert, bzw. in welchem Zustand (z. B.: fest, flüssig, gasförmig, gelöst in, etc.) sie gerade sind. Nennen Sie bei jedem Trennungsschritt, worin sich die Komponenten unterscheiden müssen, damit Methode funktioniert. Seite 3 von 13

4 3. Periodensystem a) 2P Xy sei das Element, das im Periodensystem direkt unter dem Element Radium steht. Es gibt nur ein Isotop: dasjenige mit 187 Neutronen. Füllen Sie das Feld für dieses Element vollständig aus (graue Felder) Ra Xy b) 2.5P Was lässt sich über das Element Xy weiter aussagen bezüglich Aggregatzustand bei 25 C: Anfälligkeit auf Oxidation: Anz. Elektronenschalen: Elektrische Leitfähigkeit: Ladung im oxidierten Zustand: 4. Reaktionsgleichungen a) 2P Wird Zinksulfid (ZnS) in der Gegenwart von elementarem Sauerstoff erhitzt, entstehen Zinkoxid (ZnO) und Schwefeldioxid (SO 2 ). Schreiben Sie diesen Vorgang als Reaktionsgleichung. b) 2P Wird Schwefelwasserstoff (H 2 S) in schweflige Säure (H 2 SO 3 ) eingeleitet, entstehen elementarer Schwefel und Wasser. Schreiben Sie diesen Vorgang als Reaktionsgleichung. c) 2P Elementares Aluminium reagiert mit Chlorwasserstoff (HCl) zu Aluminiumchlorid und elementarem Wasserstoff. Schreiben Sie diesen Vorgang als Reaktionsgleichung. Seite 4 von 13

5 5. Zwischenmolekulare Wechselwirkungen a) 3P Sie vergleichen die Siedepunkte von Ethan (C 2 H 6 ), Methan (CH 4 ), Methanal (CH 2 O). Zeichnen Sie die drei Moleküle mit Formeln, bei denen die räumliche Lage der Atome zu erkennen ist, wenn nötig mit Keilen und gestrichelten Keilen. Ethan (C 2 H 6 ) Methan (CH 4 ) Methanal (CH 2 O) b) 2P Ordnen Sie die drei Stoffe aus Teil a) bezüglich ihrer Siedepunkte, mit dem tiefsten beginnend: < < c) 3.5P Erklären Sie die Reihenfolge anhand der zwischenmolekularen Wechselwirkungen. d) 2P Methanal ist wasserlöslich. Dies nicht zuletzt deshalb, weil es mit Wasser Wasserstoffbrücken eingehen kann. Zeichnen Sie ein Methanal- und ein Wassermolekül, welche miteinander eine Wasserstoffbrücke eingehen. Verwenden Sie dazu entweder eine Formel, die die räumliche Lage der einzelnen Atome aufzeigt oder das (dreidimensionale) Kugelwolkenmodell (= Kimball-Modell) Seite 5 von 13

6 6. Chemisches Rechnen Um die Konzentration an Bleiionen in einer Lösung von Bleinitrat (Pb(NO 3 ) 2 ) zu bestimmen, können die Bleiionen durch Zugabe von Kaliumiodid gefällt werden. Dabei läuft folgende Reaktion ab: Pb 2+ (aq) + 2 I - (aq) PbI 2 (s) Die Kalium- und die Nitrationen bleiben dabei in Lösung und kommen deshalb in der Reaktionsgleichung oben nicht vor. Der Niederschlag (das Bleiiodid) kann abfiltriert, getrocknet und anschliessend gewogen werden. Mit dieser Masse lässt sich schliesslich die Bleiionenmenge und damit die ursprüngliche Bleiionen-Konzentration berechnen. a) 2P 5 ml einer Bleinitrat-Lösung mit unbekannter Konzentration wird mit einem Überschuss an Kaliumiodid-Lösung mit einer Konzentration von 0.2 versetzt. Der dabei entstehende l gelbe Niederschlag wird nach dem Filtrieren und Trocknen gewogen: Die Nettomasse beträgt 0.37 g. Wieviel Mol Bleiionen hatte es in den 5 ml Bleinitrat-Lösung? b) 1.5P Welche Bleiionen-Konzentration hatte die Lösung aus der Aufgabe a) (in )? Falls Sie a) l nicht berechnen konnten, nehmen Sie eine Bleiionenmenge von mol an. c) 3P Wieviel Gramm Bleinitrat mussten eingewogen werden, um 0.4 Liter der Lösung mit der von Ihnen berechneten Konzentration herzustellen? Falls Sie b) nicht berechnen konnten, gehen Sie von einer Konzentration von 0.12 l Seite 6 von 13

7 7. Redox-Reaktionen a) 1P Was passiert mit einem Atom, das reduziert wird? Antworten Sie in 1-2 Sätzen. b) 2.5P Wenn Kupfer(II)-oxid (CuO) erhitzt in Methanol (CH 4 O) eingetaucht wird, entstehen Elementares Kupfer, Methanal (CH 2 O) und Wasser. Zeichnen Sie die Reaktion mit Hilfe von Lewis-Formeln. Kupferoxid und elementares Kupfer notieren Sie einfach als CuO bzw. Cu und nicht als Lewis-Formel. c) 2P Schreiben Sie in der gezeichneten Reaktionsgleichung oben unmittelbar zu jedem einzelnen Atom dessen Oxidationszahl. d) 1P Welche(s) Atom(e) wird (werden) in der oben beschriebenen Reaktion oxidiert? e) 1P Welche(s) Atom(e) wird (werden) in der oben beschriebenen Reaktion reduziert? Seite 7 von 13

8 8. Säuren und Basen a) 2P mol reine Schwefelsäure werden ins Wasser gegeben. Dabei entstehen 750 ml Schwefelsäurelösung. Beschreiben Sie diesen Vorgang als Reaktionsgleichung. b) 3P Welchen ph-wert (in Zahlen) wird die Lösung aufweisen? Bitte geben Sie Ihre Berechnungen als Gleichungen inkl. Einheiten an. Seite 8 von 13

9 9. a) 3P Aminosäuren sind nicht bloss Bausteine der Proteine, sondern können auch andere Funktionen übernehmen. Unter anderem haben sie Pufferfunktion. Nebenan ist die Aminosäure Glycin dargestellt, wie sie in wässriger Lösung bei ph = 7 vorliegt. Was wird geschehen, wenn durch Zugabe einer Säure die H 3 O -Ionenkonzentration ansteigt? Zeichnen Sie den Vorgang mit Lewis-Formeln: Dabei sollen die beteiligten Stoffe vor und nach der Reaktion gezeichnet werden. H H H N C H H O C O b) 1.5P Zu einer neutralen Glycinlösung wird eine Lauge (enthält eine erhöhte Konzentration von OH -Ionen) gegeben. Zeichnen Sie die Teilchen, die in dieser Reaktion entstehen, als Lewis-Formeln. Seite 9 von 13

10 10. Säure-Basen-Gleichgewicht Flussäure (HF) wird mit Wasser gemischt. Die Reaktionsgleichung lautet: HF + H 2 O F + H 3 O a) 0.5P Wie verhält sich die Konzentration von HF in den ersten Momenten nach dem Zusammenkommen von Wasser und Flussäure? b) 0.5P Wie verhält sich die Reaktionsgeschwindigkeit der Rückreaktion HF + H 2 O F + H 3 O in den ersten Momenten nach dem Zusammenkommen von Wasser und Flussäure? c) 0.5P Wie verhält sich die Reaktionsgeschwindigkeit der Rückreaktion HF + H 2 O F + H 3 O ab dem Moment des Gleichgewichtszustandes? d) 4.5P Zeichnen Sie in das obere der beiden abgebildeten Koordinatensysteme die Verläufe der Konzentrationen von HF und von F ein. (Dies ergibt also zwei Kurven!) Zeichnen Sie in das untere der beiden Koordinatensysteme die Verläufe der Reaktionsgeschwindigkeiten der Hin- und der Rückreaktion ein. (Dies ergibt wiederum zwei Kurven.) Für beide Koordinatensysteme gilt: Zeichnen Sie alle Kurven bis zum fetten schwarzen Rand weiter. Konzentrationen Anfangskonzentration HF zeitlicher Verlauf der Reaktion Reaktionsgeschwindigkeiten Zeitpunkt der Einstellung des Gleichgewichts Anfangsgeschwindigkeit der Hinreaktion zeitlicher Verlauf der Reaktion Seite 10 von 13

11 10. e) 1.5P Gehen wir davon aus, dass das System der oben beschriebenen Reaktion HF + H 2 O F + H 3 O den Gleichgewichtszustand erreicht hat. Nun wird das Gleichgewicht von aussen durch die Zugabe einer starken Säure (z.b. Salzsäurelösung) gestört; das Gleichgewicht stellt sich neu ein. Was geschieht mit der Konzentration von HF während der Neueinstellung des Gleichgewichts: Steigt sie, sinkt sie oder bleibt sie konstant? Erklären Sie Ihre Antwort. f) 2P Gehen wir davon aus, dass das System der oben beschriebenen Reaktion HF + H 2 O F + H 3 O wiederum den Gleichgewichtszustand erreicht hat. Diesmal wird von aussen das Gleichgewicht durch die Zugabe von Natriumfluorid (NaF) gestört; das Gleichgewicht stellt sich neu ein. Was geschieht mit dem ph-wert während der Neueinstellung des Gleichgewichts: Steigt er, sinkt er oder bleibt er konstant? Erklären Sie Ihre Antwort. Seite 11 von 13

12 11. Organische Chemie a) 6P Zeichnen Sie die Lewis- oder die Skelettformeln von allen sechs möglichen nichtzyklischen Isomeren von C 3 H 6 O. b) 3P Benennen Sie 3 der von Ihnen gezeichneten Verbindungen in den zugeordneten Feldern jeweils unmittelbar unter der Zeichnung. Name: Name: Name: Name: Name: Name: Seite 12 von 13

13 12. 6P Folgende Verbindung ist durch eine Veresterung aus zwei organischen, sauerstoffhaltigen Stoffen entstanden. O O Zeichnen Sie die beiden Ausgangsstoffe (Edukte), benennen Sie diese nach IUPAC und ordnen Sie diesen die Art der Verbindung zu: Name: Name: Art der Verbindung (z.b. Keton ): Art der Verbindung (z.b. Keton ): Seite 13 von 13