AC-2 Übungen Chemie der Metalle (Sundermeyer)

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1 Name, Vorname AC-2 Übungen Chemie der Metalle (Sundermeyer) 1. Geben Sie in den Betrag der Ligandenfeldstabilisierungsenergie LFSE für einen oktaedrischen Komplex mit d 6 low-spin und d 6 high-spin Konfiguration an und konstruieren Sie ein Beispiel eines solchen Komplexes 2. Ordnen Sie die folgenden Ionen und Liganden nach Zunahme der Ligandenfeldaufspaltung in einem oktaedrischen Komplex: a) N-Nitrit, Wasser, Carbonyl, Nitrat, Ammoniak, Bromid, Cyanid, Hydroxid. b) Fe 2+, Ru 3+, Fe 3+, V Begründen Sie anhand des Aufspaltungsmusters, warum Komplexe der d 7 low-spin und d 4 high-spin Elektronenkonfiguration eine ausgeprägte Jahn-Teller-Verzerrung zeigen (und nicht d 7 hs und d 4 ls). Nennen Sie jeweils zwei Metallkationen, die diese Konfiguration besitzen. 4. Schreiben Sie die Übergangsmetalle geordnet nach Gruppen auf ein Blatt Papier. Benennen Sie auswendig die Reihe der 4d Metalle. Beschreiben Sie: Ursache und Wirkung der Lanthanoidenkontraktion? Nennen Sie jeweils eine Verbindung in der höchsten Oxidationsstufe für jedes 3d und 5d Metall einer Gruppe. 5. Der Komplex [Ni(CN) 4 ] 2 verhält sich magnetisch anders als [NiCl 4 ] 2. Das gleiche gilt für [Fe(CN) 6 ] 3 und [Fe(H 2 O) 6 ] 2+. Erklären Sie diese experimentellen Befunde mit Hilfe der Ligandenfeld-Theorie und nennen Sie den Gesamtspin S für die vier Komplexe. 6. [Co(NH 3 ) 6 ] 3+, [Co(en) 3 ] 3+ und [Co(NO 2 ) 6 ] 3 sind orange-gelb. Im Gegensatz dazu sind [CoF 6 ] 3 und [CoF 3 (H 2 O) 3 ] blau. [Cu(NH 3 ) 4 ] + farblos, während [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ tiefblau ist. Erklären Sie qualitativ diese Unterschiede in der Farbe und auch in den magnetischen Eigenschaften. (en = Ethylendiamin) 7. Die Komplexe [NiCl 4 ] 2 und [PtCl 4 ] 2 unterscheiden sich beträchtlich in Bezug auf Geometrie, Farbe und Magnetismus. Diskutieren Sie: die Elektronenkonfiguration, die magnetischen, geometrischen und spektroskopischen Eigenschaften dieser beiden Komplexe. 8. Geben Sie den Spin S, die Elektronenkonfiguration, die Oxidationsstufe und die Valenzelektronenzahl folgender Komplexe an: [Co(NH 3 ) 5 Cl] 2+, [Fe(OH) 2 (H 2 O) 4 ] +, [Fe(CN) 6 ] 3, [Cd(NH 3 ) 6 ] 2+, [FeCl 4 ], [Au(CN) 4 ] 9. Nennen Sie die Definition eines Komplexes nach der Werner schen Koordinationslehre, die beiden Werner schen Postulate und die experimentellen Grundlagen, mit denen er seine Postulate begründet. 10. Beschreiben Sie die Titangewinnung: Nasser + trockener Erzaufschluss, Abtrennung von Verunreinigungen, Gewinnung von TiO 2 - auch Pigmentqualität - Gewinnung von Titan. 11. Beschreibe je 2 Beispiele von Komplexen der Koordinationszahl KZ 2, KZ 4, KZ 5 und KZ 6 (Zusammenhang zwischen räumliche Konfiguration und d-elektronenkonfiguration).

2 12. Was ist eine Pseudorotation. Erläutern Sie das Prinzip der Berry-Pseudorotation! Wie viele Stereoisomere gibt es für oktaedrische Komplexe des Typs [M(A B) 2 C 2 ] mit Chelatliganden A B und monodentaten Liganden C? 13. Was sind Heteropolysäuren bzw. Heteropolyanionen? Unter welchen Bedingungen bilden sie sich? Bringen Sie als Beispiel den Phosphatnachweis mit Ammoniumheptamolybdat (Formel?) und erläutern Sie die Zusammensetzung und Strukturprinzip des gebildeten Anions. 14. Zeichnen Sie die Valenzstrichform von: mer-[crcl 3 (H 2 O) 3 ], fac-[mo(co) 3 (MeCN) 3 ], trans-[ir(pph 3 ) 2 (CO)Cl], cis-[co(en) 2 Cl 2 ]Cl. Was versteht man unter Bindungsisomerie, Stereoisomerie und Ionisationsisomerie in der Koordinationschemie? 15. Zeichnen Sie die Elementarzelle des Rutil und des Perowskit Gitters und analysieren Sie das Verhältnis der Koordinationzahlen. 16. Was sind Isopolysäuren? Was sind Isopolymetallsäuren? Wie bilden sie sich mit welchen charakteristischen Elementen und strukturellen Verknüpfungsprinzipien? 17. Leiten Sie die Aufhebung der Entartung der d-orbitale im quadratisch planaren Ligandenfeld ab und begründen Sie den räumlichen Bau für die Komplexe [Pd(PPh 3 ) 4 ] und [PdCl 4 ] Welche Zusammensetzung besitzen Neodym-Supermagnete, 1,2,3-Supraleiter, Wasserstoffspeichermaterialien (ein bekanntes Beispiel) und YAG-Lasermaterialien? Erläutern Sie Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Chemie von Aluminium und Scandium. 19. Welche Verbindung der folgenden Paare besitzt - höhere ionischen Bindungsanteile: TiCl 3 vs TiCl 4, TiCl 4 vs ZrCl 4 - die höhere Koordinationszahl am Kation: TiCl 3 vs TiCl 4, TiCl 4 vs ZrCl 4 - das basischere Sauerstoffatom: ZrO 2 vs TiO 2, VO vs V 2 O 5 - ein höheres Oxidationspotential: MoO 3 vs WO 3, VCl 4 vs NbCl 4 - eckenverknüpfte Oktaeder als Strukturmotiv: NbCl 4 vs NbF Zeichnen Sie die Struktur von Cr(II)-acetat und erläutern Sie die Bindungsverhältnisse anhand eines Orbitalbildes. 21. Ergänzen Sie die folgenden Reaktionsgleichungen und erläutern Sie den Reaktionstyp (Redox-, Protolyse-, Ligandenaustausch-, Kondensations-Reaktion etc.). V 2 O 5 +?? VOCl 3 + SO 2 Cr 2 O Cl +?? Cr 3+ +?? +?? Na 4 SiO 4 + Na 2 MoO 4 +?? Na x [Si n Mo m O o ] +?? CrO 4 2 +?? + H2 O 2 [Cr(O)(O 2 ) 2 (OH)] +?? [Cr(H 2 O) 6 ] 2+ + NaOAc??

3 22. Welches sind die Produkte der erschöpfenden Oxidation der Metalle Cr, Mo und W mit elementarem Chlor? Warum der Trend? 23. Erläutern Sie anhand einer Reaktionsgleichung die Bestimmung des H 2 O 2 Gehaltes einer wässrigen Lösung mittels Manganometrie! 24. Erläutern Sie die chemischen Vorgänge in den gängigen Mangan-Alkali-Batterien! 25. Schreiben Sie die Valenzstrichformeln für drei Eisen-, ein Cobalt und ein Nickelcarbonyl auf. Erläutern Sie anhand dieser Verbindungen den Gültigkeitsbereich der 18-VE-Regel! Was versteht man unter einer π-rückbindung? (Bonuspunkt: mit Orbitalskizze) 26. Erläutern Sie das Boudouard-Gleichgewicht nach folgenden Gesichtspunkten: exotherm? Entropieänderung? Verschiebung des Gl.gew. durch Temp.erhöhung? Funktion im Hochofenprozess? 27. Nennen Sie Unterschiede und Gemeinsamkeiten a) in der Amphoterie von Fe(OH) 3 und Al(OH) 3 b) von FeCl 3 und AlCl 3 bei der Reaktion mit Natriumchlorid bzw. Wasser. c) von FeCl 3 und AlCl 3 im Aufbau und physikalischen Eigenschaften d) von FeCl 3 und AlCl 3 im Redoxverhalten, Farbe, Magnetismus. 28. Erklären Sie die Farbe folgender Verbindungen: Zinnober, [Cd(NH 3 ) 6 ] 2+ (Farbe?) Mennige, Permanaganat, Ferroin Redoxindikator bzw. [Ru(bipy) 3 ] 2+, Peroxotitanyl, [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ (Rot), Molybdänblau. 29. Erläutern Sie den strukturellen Aufbau und die Ursache für die Farbigkeit von Berliner Blau! (Skizze). 30. Aus welchen Baueinheiten (und durch welche Konnektivität verknüpft) ist das Porphyrin-Grundgerüst aufgebaut (Skizze ohne periphere Reste). Welche Oxidationsstufe besitzt das Zentralatom in der Hämgruppe, wenn es zur Reaktion mit Sauerstoff bereit ist. 31. Schreiben Sie die 6 Platinmetalle gruppenweise untereinander und erläutern Sie: a) Welches ist das edelste, das unedelste Metall dieser Gruppe? b) Welches besitzt das am stärksten reduzierende / oxidiernde Dikation? c) Welches erreicht in welcher Verbindung die höchste Oxidationsstufe der Edelmetalle? d) Welches Edelmetallfluorid oxidiert selbst Sauerstoff oder Xenon? 32. Erläutern Sie die drei grundlegenden Reaktionswege des 3-Wege-Katalysators anhand je einer Reaktionsgleichung. 33. Erläutern Sie anhand von zwei Reaktionsgleichungen die chemischen Prozesse beim Laden / Entladen des Ni-Cd-Akkus und des Ni-Metallhydrid-Akkus! 34. Beschreiben Sie anhand einer Valenzstichformelgleichung den Nickelnachweis mittels Diacetylglyoxim.

4 35. Unterschiede und Gemeinsamkeiten im strukturellen Aufbau / Oxidationsstufe von Fe 3 O 4 und Co 3 O 4. Bitte namensgebenden Stuktur-Urtyp und Variante erläutern. 36. Erläutern Sie anhand je einer Reaktionsgleichung die Stabilität von [Co(NH 3 ) 6 ] 2+ und [Co(OH 2 ) 6 ] 3+ in wässriger Lösung an Luft. 37. Erläutern Sie zwei Verfahren zur Nickelraffination, insbesondere Abtrennung von Kupfer! 38. Was vesteht man unter Tetrachlorogoldsäure und Hexachloroplatinsäure? Durch welche Reaktion werden diese aus den Metallen gebildet (Gleichung)? 39. Erläutern Sie: a) Wie wird Gold aus natürlichen Vorkommen von findigen Chemikern durch Cyanidlaugerei gewonnen (Reaktionsgleichungen bis zum elementaren Gold in Ihren Händen). b) Wie wurde elementares Gold zu Zeiten des Goldrausches in Amerika gewonnen? 40. Erläutern Sie anhand zweier Reaktionsgleichungen Parallelen in der Reaktion von Cu 2+ (aq) mit Iodid und Cyanid. 41. Erläutern Sie die einzelnen Schritte des photographischen Prozesses der Schwarz-Weiß- Photographie (bis zum positiven Bild). 42. Erläutern Sie anhand einer Skizze oder in Worten folgende wichtigen Strukturtypen: Wurtzit, Zinkblende, Cadmiumiodid, Cuprit. 43. Formulieren Sie die Komproportionierungsreaktion unter Bildung von Kalomel und Kupfer(I)-chlorid 44. Verschaffen Sie sich selbst den Überblick: Welche Metalle (Haupt- und Nebengruppen) werden durch Reduktion mit a) H 2, b) CO, c) Koks, d) elektrolytisch, e) durch Reaktion mit unedlen Metallen (Na, Mg, Ca bzw. aluminothermisch) gewonnen. Bitte jeweils zwei Beispiele benennen. 45. Beschreiben Sie die Struktur von Al 2 Cl 6 (g), Au 2 Cl 6, [AlCl 4 ] bzw. [AuCl 4 ]. Begründen Sie den Befund!

5 46. Ergänzen Sie die Reaktionsgleichungen (mit Erläuterung): NO 3 + Fe(OH) Fe(OH) 3 + FeCO Fe(HCO 3 ) 2 FeS + O 2 Δ Cr 3+ + OH + H 2 O Ergänzen Sie die Reaktionsgleichungen (mit Erläuterung): Ni OH NiO(OH)aq. + Br + + O 2 + [PtF 6 ] [Ag(NH 3 ) 2 ] + + N 2 H 4 + OH Mn 2+ + S 2 O MnO Erläutern Sie die Struktur, Bindungsverhältnisse, Oxidationsstufe und d- Elektronenkonfiguration einer Chrom- und einer Rheniumverbindung mit Metall-Metall- Vierfachbindung.