Schwerpunktfach Biologie / Chemie Teil: Chemie

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1 Gruppe / Kandidat/in Nr... Name / Vorname:.. Schwerpunktfach Biologie / Chemie Teil: Chemie Verfasser: Richtzeit: Hilfsmittel: Hinweise: R.Guenin, J.Lipscher und S.Steiner 120 Minuten Eine Kopie des Periodensystems liegt bei Die Antworten sind direkt auf die Aufgabenblätter zu schreiben. Bitte lösen Sie die Heftklammern nicht. Sollten Sie mehr Platz als vorgesehen benötigen, benutzen Sie bitte die leeren Seiten 18 und 19. Geben Sie dabei auch die Aufgabennummer an. Das Bei Berechnungen muss der Lösungsweg ersichtlich sein. Ergebnis darf nicht mehr als 5 % vom richtigen Wert abweichen. Fassen Sie sich kurz, aber präzise. Überflüssiges beansprucht nur wertvolle Zeit. Unleserliches wird nicht korrigiert und demzufolge auch nicht bewertet. Die erreichbaren Punktzahlen sind angegeben. Um die Note 6 zu erreichen, müssen nicht alle Aufgaben vollständig gelöst werden. Punktemaximum: 57.5 Punkte (Aufgaben 1 8) Und nun wünschen wir Ihnen viel Erfolg! Für die Korrigierenden:... Erreichte Punktzahl:... Note SPF B / C :... (auf Zehntelnote gerundet) Schweizerische Maturitätsprüfung

2 Lösen Sie zunächst die Aufgaben 1 8. Falls Sie dann noch über genügend Zeit verfügen, können Sie die Aufgabe 9 lösen. Diese ist eine Zusatzaufgabe, mit welcher Sie noch Zusatzpunkte holen können. Aufgabe 1 (a: 5; b: 3.5 = 8.5 P) a) Calcium- und Arsenatome reagieren miteinander zur Ionenverbindung Calciumarsenid. Beantworten Sie die folgenden Fragen und geben Sie die Reaktionsgleichung für die Gesamtreaktion an. [ ] Calciumatome werden reduziert [ ] Calciumatome werden oxidiert [ ] Arsenatome werden reduziert [ ] Arsenatome werden oxidiert [ ] Das Calcium-Ion besitzt keine Edelgaskonfiguration [ ] Das Calcium-Ion besitzt Edelgaskonfiguration. Sie entspricht dem Edelgas. [ ] Das Arsenid-Ion besitzt keine Edelgaskonfiguration [ ] Das Arsenid-Ion besitzt Edelgaskonfiguration. Sie entspricht dem Edelgas. (Zutreffendes ankreuzen und ev. ergänzen) Die Reaktionsgleichung für die Gesamtreaktion lautet:.. Seite 2 von 17

3 Fortsetzung Aufgabe 1 b) Calciumarsenid reagiert im sauren Milieu zu Arsenwasserstoff. Wird dieser mit Sauer-stoff verbrannt, entstehen Wasser und Arsen. Dabei bildet Arsen an einer kühlen Porzellanoberfläche einen Arsenspiegel : 4 AsH 3 (g) + 3 O 2 (g) 6 H 2 O (g) + 4 As (s) ΔH = kj / FU (FU = Formelumsatz) Berechnen Sie ΔH f für Arsenwasserstoff. ΔH f (O 2 ) = 0 kj mol -1 ΔH f (As) = 0 kj mol -1 ΔH f [H 2 O (g)] = kj mol -1 Berechnung: Seite 3 von 17

4 Aufgabe 2 (a: 3; b: 1; c: 3; d: 1.5 = 8.5 P) a) 2-Brom-2-methylpropan reagiert mit Hydroxid-Ionen, wobei eine nucleophile Substitution eintritt. Dabei ist das Bromatom die Abgangsgruppe. Formulieren Sie die vollständige Reaktionsgleichung und geben Sie dabei die Lewisformel (LF) oder die Skelettformel aller Reaktanden an. Die vollständige Reaktionsgleichung lautet: b) Das Hydroxid-ion ist ein Nucleophil. Begründen Sie weshalb. Begründung: Seite 4 von 17

5 Fortsetzung Aufgabe 2 c) Bei der oben beschriebenen Reaktion kann auch ein Alken mit der Molekülformel C 4 H 8 entstehen. Geben Sie die LF oder Skelettformel der drei denkbaren Strukturisomere mit der Molekülformel C 4 H 8 an und benennen Sie die Strukturisomere. Strukturisomer Name A B C d) Das bei der oben beschriebenen Reaktion entstehende Alken ergibt bei der Addition von Wasser im sauren Milieu ein tertiäres Alkanol. Welches Alken wird damit gebildet? [ ] Das Alken A wird gebildet [ ] Das Alken B wird gebildet [ ] Das Alken C wird gebildet (Zutreffendes ankreuzen) Seite 5 von 17

6 Fortsetzung Aufgabe 2 Begründung: Aufgabe 3 (a: 1.25; b: 3.75; c: 2; d: 4 = 11 P) a) Kupfer reagiert mit Nitrat-Ionen im sauren Milieu zu Kupfer(II)-Ionen, Wasser, Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid: OxZ: 2 Cu + 2 NO H 3 O + 2 Cu H 2 O + 1 NO + 1 NO 2 Bestimmen Sie die Oxidationszahl (OxZ) der fettgedruckten Atomart und tragen Sie diese oberhalb der oben formulierte Reaktionsgleichung ein (Zeile: OxZ:) b) Geben Sie die Reaktionsgleichung (in der das Atomsymbol mit der OxZ sowie die Anzahl der aufgenommenen oder abgegebenen Elektronen erscheint) für den Oxidations- und Reduktionsvorgang so an, dass diese mit der Anzahl der ausgetauschten Elektronen übereinstimmt. Hinweis: Bei einer Redoxreaktion können auch zwei oder mehr Oxidations- und Reduktionsvorgänge stattfinden. Die Reaktionsgleichung(en) für den Oxidationsvorgang lautet (lauten): Die Reaktionsgleichung(en) für den Reduktionsvorgang lautet (lauten): Seite 6 von 17

7 Fortsetzung Aufgabe 3 c) Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid reagieren miteinander zu Distickstofftrioxid (Molekülformel: N 2 O 3 ), dessen LF mit dem Tetraedermodell konstruierbar ist. Geben Sie die LF für das N 2 O 3 -Molekül an, so dass der räumliche Bau klar erkenn-bar ist. Das N 2 O 3 -Molekül besitzt folgende LF: d) Wenn die molare Konzentration der Nitrat-Ionen genügend hoch ist, reagiert Kupfer mit Nitrat-Ionen im sauren Milieu gemäss folgender Reaktionsgleichung: 3 Cu + 2 NO H 3 O + 3 Cu NO + 12 H 2 O Werden 10 ml einer Nitrat-Ionen haltigen Lösung mit einem Überschuss an Kupfer gemäss obiger Reaktionsgleichung umgesetzt, entstehen bei 26 C und 995 mbar 2.0 dm 3 Stickstoffmonoxidgas. Berechnen Sie die molare Konzentration der Nitrat-Ionen in der Lösung. Ideale Gasgleichung: p V = R T n p (N m -2 ); 1 mbar = 100 N m -2 ; V (m 3 ), R = N m K -1 mol -1 ; T (K), n (mol), Einheit in Klammern Berechnen Sie zunächst die Stoffmenge n (NO), die 2.0 dm 3 Stickstoffmonoxidgas bei 26 C und 995 mbar entspricht: n (NO) = Seite 7 von 17

8 Fortsetzung Aufgabe 3 Die oben berechnete Stoffmenge n (NO) = mol muss gemäss der oben formulierten Reaktionsgleichung aus der Stoffmenge n (NO - 3 ) = mol entstanden sein. - Damit sind in 10 ml der Lösung mol NO 3 -Ionen enthalten, was einer molaren Konzentration von c[no - 3 (aq)] = M entspricht Aufgabe 4 (a: 5; b: 1 = 6 P) a) Bei der Verseifung von 1 mmol eines Triglycerids werden 1 mmol 1,2,3- Propantriol, 2 mmol Stearinsäure (= Octadecansäure, C 18 -Säure) und 1 mmol Stearidonsäure (Molekülformel: C 18 H 28 O 2 ) erhalten. Bestimmen Sie die Molekülformel des Triglycerids. 1,2,3-Propantriol besitzt folgende Molekülformel: Stearinsäure besitzt folgende Molekülformel: Ableitung der Molekülformel für das Triglycerid: Seite 8 von 17

9 b) Stearidonsäure ist eine offenkettige, ungesättigte Fettsäure. Vergleichen Sie die Molekülformel von Stearinsäure mit derjenigen von Stearidonsäure und entscheiden Sie danach, wie viele CC-Doppelbindungen in einem Stearidonsäure-molekül vorliegen. Die Molekülformel von Stearinsäure lautet (Aufg. a): Die Molekülformel von Stearidonsäure lautet C 18 H 28 O 2 Damit müssen in einem Stearidonsäuremolekül CC-Doppelbindungen vor-liegen Seite 9 von 17

10 Aufgabe 5 (5.5 P) Zu 200 ml eines Hydrogencarbonat-Carbonat-Puffers werden 50 ml 0.1 M Salzäure gegeben. Berechnen Sie den ph-wert des Puffers vor der Säurezugabe sowie den ph-wert der Lösung nach der Säurezugabe. Im gebrauchsfertigen Puffer beträgt die molare Konzentration der Hydrogencarbonat- und Carbonat-Ionen je 0.15 M. Der ph-wert des gebrauchsfertigen Puffers beträgt In 200 ml des Puffers beträgt die Stoffmenge der Hydrogencarbonat-Ionen =.. mol und die Stoffmenge der Carbonat-Ionen =.. mol Durch die Zugabe von 50 ml 0.1 M Salzsäure gelangen.. mol H 3 O + -Ionen in die Lösung Nach der Säurezugabe beträgt damit die Stoffmenge der Hydrogencarbonat-Ionen =. mol Stoffmenge der Carbonat-Ionen =. mol Somit wird der ph-wert nach der Säurezugabe Seite 10 von 17

11 Aufgabe 6 (a: 1.5; b: 1.5, c: 1 = 4 P) Die Halbzelle Ga (Gallium) / Ga 3+ (aq) wird mit der Normalwasserstoffelektrode zu einer elektrochemischen Zelle kombiniert. Unter Standardbedingungen beträgt die messbare Spannung 0.52 V. Während der Messung nimmt in der Normalwasserstoffelektrode der ph-wert zu. a) Da in der Normalwasserstoffelektrode der ph-wert zunimmt, [ ] läuft dort der Oxidationsvorgang ab [ ] läuft dort der Reduktionsvorgang ab (Zutreffendes ankreuzen) Die entsprechende Reaktionsgleichung lautet: b) In der Halbzelle Ga / Ga 3+ (aq) findet deshalb [ ] der Oxidationsvorgang [ ] der Reduktionsvorgang statt (Zutreffendes ankreuzen) Die entsprechende Reaktionsgleichung lautet: c) Damit wird E [Ga / Ga 3+ (aq)] = Hinweis: Die Angabe von E umfasst das Vorzeichen, den Betrag sowie die Einheit Seite 11 von 17

12 Aufgabe 7 (a: 1; b: 1.5; c: 1.5; d: 5 = 9 P) a) Ammoniak verbrennt in reinem Sauerstoff zu Stickstoff und Wasser: 4 NH 3 (g) + 3 O 2 (g) 2 N 2 (g) + 6 H 2 O (g) ΔH = kj / FU (FU = Formelumsatz) Wie lautet der Massenwirkungsausdruck für diese Reaktion, bei welcher alle Reaktanden gasförmig sind? K c = b) Wie verändert sich der Betrag für die Gleichgewichtskonstante K c, wenn die Reaktionstemperatur erhöht wird? [ ] Der Betrag von K c wird grösser [ ] Der Betrag von K c bleibt unverändert [ ] Der Betrag von K c wird kleiner (Zutreffendes ankreuzen) Begründung: Seite 12 von 17

13 Fortsetzung Aufgabe 7 c) Wie verändert sich die Lage des Gleichgewichts, wenn im Reaktionsgefäss der Druck (bei konstanter Temperatur) erhöht wird? [ ] Das Gleichgewicht verschiebt sich in Richtung der Produktseite [ ] Die Lage des Gleichgewichts verändert sich nicht [ ] Das Gleichgewicht verschiebt sich in Richtung der Eduktseite (Zutreffendes ankreuzen) Begründung: Seite 13 von 17

14 Fortsetzung Aufgabe 7 d) Die Bildung von Ammoniak aus den Elementen erfolgt gemäss folgender Reaktionsgleichung: 3 H 2 (g) + 1 N 2 (g) 2 NH 3 (g) Die molare Standardbildungsenthalpie ΔH f für Ammoniak (g) beträgt kj / mol. Berechnen Sie die Standardbindungsenthalpie für die N - H-Bindung im Ammoniakmolekül. Für die H - H-bindung im H 2 -molekül beträgt die Standardbindungsenthalpie 436 kj / mol Für die N N-bindung im N 2 -molekül beträgt die Standardbindungsenthalpie 946 kj / mol Berechnung: Für die oben formulierte Reaktion beträgt ΔH =.. kj / FU (FU = Formelumsatz) Die auf der Eduktseite pro Formelumsatz aufgewendete Dissoziationsenthalpie beträgt: Damit ist die auf der Produktseite unter Berücksichtigung von ΔH freigesetzte Bindungsenthalpie Damit wird für die N - H-Bindung im Ammoniakmolekül die Bindungsenthalpie: Seite 14 von 17

15 Aufgabe 8 (a: 1.5; b: 3.5 = 5 P) a) Der systematische Name von Weinsäure lautet 2,3-Dihydroxy-butandisäure. Geben Sie die LF oder die Skelettformel für das 2,3-Dihydroxy-butandisäuremolekül an und bezeichnen Sie Chiralitätszentren mit einem *. Das 2,3-Dihydroxy-butandisäuremolekül besitzt folgende LF oder Skelettformel: b) 30 ml einer wässrigen Weinsäurelösung verbrauchen bei der Titration bis zum Erreichen des Äquivalenzpunktes 24.5 ml 0.1 M Natronlauge. Berechnen Sie die molare Konzentration der Weinsäure in der untersuchten Lösung. Weinsäure besitzt die Molekülformel: Die Molekülmasse von Weinsäure beträgt: Berechnung der molaren Konzentration der Weinsäure: Seite 15 von 17

16 Zusatzaufgabe: Aufgabe 9 (a: 1.75; b: 2.5; c: 2 = 6.25 P) a) Wird zu einer wässrigen Lösung von Bariumchlorid eine wässrige Lösung von Natriumsulfat gegeben, entsteht eine Fällung aus Bariumsulfat: a Ba 2+ (aq) + b Cl - (aq) + c Na + (aq) + d SO 4 2- (aq) e BaSO 4 (s) + f Na + (aq) + g Cl - (aq) Bestimmen Sie die (ganzzahligen) stöchiometrischen Faktoren a g Die vollständige Gleichung lautet:.. Ba 2+ (aq) +.. Cl - (aq) +.. Na + (aq) +.. SO 4 2- (aq).. BaSO 4 (s) +.. Na + (aq) +.. Cl - (aq) b) In einem Liter einer gesättigten Lösung sind 2.33 mg Bariumsulfat enthalten. Berechnen Sie die molare Konzentration der Barium- und Sulfat-Ionen. Die Formelmasse von Bariumsulfat beträgt: 2.33 mg Bariumsulfat entsprechen.. mol Formeleinheiten Damit werden c[ba 2+ (aq)] = und c[so 2-4 (aq)] = Seite 16 von 17

17 Fortsetzung Aufgabe 9 c) Geben Sie den Ausdruck für das Löslichkeitsprodukt von Bariumsulfat an und berechnen Sie danach das Löslichkeitsprodukt. Der Ausdruck für das Löslichkeitsprodukt von Bariumsulfat lautet: Lp = Berechnung des Löslichkeitsprodukts: Lp (BaSO 4 ) = Seite 17 von 17