Klausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am Klausur A

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Kerstin Weiner
vor 6 Jahren
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1 B* Note: (*nur für Biologie, Lehramt) 1 Vorname: Matr.-Nr.: Nachname: Studiengang: Chemie und Biochemie Lehramt Chemie vertieft Musterlösung! Bitte beachten: Die hier aufgeführte Teilpunktevergabe ist nur ein Vorschlag. Daraus erwachsen keine Ansprüche! Es kommt auf die Gesamtlösung an. Lehramt Chemie nicht vertieft Biologie Pharmaceutical Sciences.. Hinweise: Nur ein Schreibwerkzeug (kein Bleistift) und ein nicht programmierbarer Taschenrechner sind erlaubt! Schreiben Sie bitte gut leserlich. Unleserliche oder mit Bleistift geschriebene Teile werden nicht gewertet. Geben Sie nachvollziehbare Lösungs- bzw. Rechenwege an. Lösungen ohne Ansätze bzw. ohne Lösungswege werden nicht gewertet. Im Anhang befinden sich ein Periodensystem, Tabelle mit Konstanten und Schmierblätter. Sämtliche Notizen auf den Schmierblättern werden nicht gewertet! Die pro Aufgabe erreichbare Punktzahl ist in [ ] Klammern angegeben (Höchstpunktzahl 100)..

2 1. Geben Sie alle Oxidationszahlen an für: 2 (a) [2] NO + N: +III O: -II (b) [1] SO3 2- S: +1/4 (c) [2] AsF3 As: +III F: -I (d) [1] S8 2+ S: +II (e) [2] NaBH4 B: +III H: -I (f) [2] AlCl3 Al: +III Cl: -I Achtung: - (einamig), wenn die gradzahligen Oxidationsstufen in arabischen Zahlen angegeben wurden) Punkte 1:

3 3 2. Zeichnen Sie die Lewisformeln mit allen Valenzelektronen an allen Atomen und geben Sie die Gestalt der Moleküle (bzw. Ionen) an für: (a) [2] NO2 gewinkelt (b) [2] O3 eine Grenzstruktur ausreichend gewinkelt (c) [2] XeF4 quadratisch-planar (d) [2] PCl3 trigonal-pyramidal (e) [2] ClF3 T-förmig Punkte 2:

4 3. [10] Im Folgenden sind die Kristallstrukturen einiger

Unterschiedlich große oder verschieden gefärbte Kugeln

Ordnen Sie die in der Tabelle angegebenen Verbindungen bzw.

eintragen!). Nicht alle angegebenen Verbindungen bzw.

Tragen Sie bei diesen Verbindungen/Elementen ein x ein.

4 4 3. [10] Im Folgenden sind die Kristallstrukturen einiger Verbindungen bzw. Elemente gezeigt. Unterschiedlich große oder verschieden gefärbte Kugeln symbolisieren unterschiedliche Atomsorten. Ordnen Sie die in der Tabelle angegebenen Verbindungen bzw. Elemente den dargestellten Strukturen zu (Nummern in Tabelle eintragen!). Nicht alle angegebenen Verbindungen bzw. Elemente können den Strukturen zugeordnet werden. Tragen Sie bei diesen Verbindungen/Elementen ein x ein. (1) (2) (3) (4) (5) Verbindung/Element Struktur-Nr. TiO2 (Rutil) Nr. 3 XeF2 x (graues) -Sn Nr. 5 NaCl Nr. 2 Diamant Nr. 5 Pb Nr. 1 CaF2 Nr. 4 Cu Nr. 1 CaO Nr. 2 Sb x pro Antwort Punkte 3:

5 4. Stoffeigenschaften 5 a.) [5] Kreuzen Sie an, welchen Aggregatzustand die folgenden Stoffe bei Normalbedingungen (20 C) haben (Falsche Antworten in dieser Teilaufgabe führen zum Punkteabzug!): Ammoniumchlorid Kohlendioxid Quecksilber Phosphorpentoxid fest flüssig gasförmig Schwefelhexafluorid X pro richtige Antwort, Punkteabzug bei falscher Antwort! (Sollten bei dieser Teilaufgabe insgesamt Minuspunkte rauskommen, wird als Gesamtpunktzahl 0P gerechnet) X X X X b.) [5] Geben Sie die Farben der folgenden Elemente, Verbindungen bzw. Ionen an: PbCrO4: gelb (frisch gefällt) oder rot als Mineral Na gelöst in reinem flüssigem NH3 (niedrige Konzentration): blau Cadmiumsulfid: gelb PbSO4: farblos Phenolphthalein im Basischen: rot Mn 2+ in Lösung: farblos Stickstoff(IV)-oxid (Gas): braun Singulett-Sauerstoff: farblos S3 - : blau Lackmus im Basischen: blau ½ P pro richtige Antwort Punkte 4:

Je 1/ für die Benennungen, jedoch 1½ P für die Reaktionsgleichung b.) [3] Formulieren Sie die beiden Teilreaktionen an Anode und Kathode sowie die ablaufende Gesamtreaktion für die Entladung.

6 6 5. Elektrochemie a.) [4] Ergänzen Sie die Skizze zum Aufbau des Blei-Akkus: Aus welchen Materialien sind die Elektroden und der Elektrolyt? Zeichnen Sie die Richtung des Stromflusses ein und geben die Reaktionsgleichung des Elektrolyten an. Benennen Sie Kathode und Anode. Je 1/ für die Benennungen, jedoch 1½ P für die Reaktionsgleichung b.) [3] Formulieren Sie die beiden Teilreaktionen an Anode und Kathode sowie die ablaufende Gesamtreaktion für die Entladung. Pb + SO4 2- PbSO4 + 2e - 1P PbO2 + 4 H + + SO e - PbSO4 + 2 H2O 1P Gesamtreaktion: Pb + PbO2 + 2 H2SO4 bso4 + 2 H2O 1P c.) [1] Wie kann der Ladezustand eines Bleiakkus durch eine einfache Messung (nicht elektrochemisch!) überprüft werden? Dichtemessung der Schwefelsäure. Durch den Verbrauch der Schwefelsäure beim Entladen nimmt die Dichte der Lösung ab. d.) [1] Die elektrochemischen Standardpotentiale im Bleiakku sind E 0 (Pb 2+ /Pb) = -0,13 V und E 0 (PbO2/Pb 2+ ) = +1,46 V. Erläutern Sie kurz, warum beim Aufladen des Blei-Akku am negativen Pol eigentlich Wasserstoff (H2) entstehen müsste. Das Potential von Pb 2+ /Pb ist negativer als das von Wassserstoff. Es müßte also eher H2 entstehen als elementares Blei. e.) [1] Warum wird beim Laden des Bleiakkus dennoch Blei am negativen Pol gebildet und Wasserstoff erst abgeschieden, wenn die Spannung nach Beendigung des Ladevorgangs weiter ansteigt? Wegen der Überspannung von Wasserstoff an Blei. Punkte 5:

7 6. Formulieren Sie die Gleichungen für die Reaktionen von Wasser mit: 7 (a) [2] N2O5 H 2 O + N 2 O 5 2 HNO 3 (b) [2] NaH H 2 O + NaH NaOH + H 2 (c) [2] Kohlenmonoxid (bei 500 C in Anwesenheit eines Katalysators) H 2 O + CO CO 2 + H 2 (d) [2] Wasserdampf mit Mg H 2 O + Mg MgO + H 2 (e) [2] Na2O2 2 H 2 O + Na 2 O 2 2 NaOH + H 2 O 2 Punkte 6:

8 7. [10] Stellen Sie die vollständigen Redox-Gleichungen für die folgenden Umsetzungen auf (nur Gesamtgleichung, keine Teilgleichungen!): a.) Umsetzung von verdünnter Salpetersäure mit Zink 2 HNO 3 + Zn Zn(NO 3 ) 2 + H 2 8 b.) Thermische Zersetzung von Ammoniumnitrat bei > 200 C NH 4 + NO 3 - N 2 O + 2 H 2 O c.) Disproportionierung von Dicyan in Natronlauge (CN) NaOH NaCN + NaNCO + H 2 O d.) Umsetzung von Kohlendioxid mit Wasserstoff bei 900 C CO 2 + H 2 Co + H 2 O e.) Auflösen von Silicium in heißer Natronlauge Si + 2 NaOH + H 2 O Na 2 SiO H 2 Punkte 7:

9 8. ph-wert-berechnungen. 9 In einem Kolben werden 25 ml 0.2-molarer Natriumacetatlösung und 25 ml 0.2 molarer Essigsäure vorgelegt (pk S (Essigsäure) = 4.7), gerührt und mit 0.1-molarer Natronlauge titriert. Berechnen Sie (Rechenweg angeben!) die ph-werte für die Titrationskurve nach Zugabe von: (a) [3] 0 ml Natronlauge Die Lösung enthält: NaOAc und HOAc c(naoac) = 0.1 mol L -1 1/ c(hoac) = 0.1 mol L -1 1/ Puffergleichung: ph = pk S lg([ha]/[a - ]) ph = 4.7 lg(0.1/0.1) = 4.70 (b) [4] 50 ml Natronlauge Die Lösung enthält: NaAc c(naoac) = 0.1 mol L -1 1P Ac - + H 2 O HOAc + OH - pk B = 14- pk S = 9.3 Ac - ist eine schwache Base, somit: 1P poh = ½ (pk B lg c 0 /mol L -1 ) = ½ (9.3 lg 0.1) = P ph = 14 poh = = P (b) [3] 450 ml Natronlauge Die Lösung enthält: NaOAc und NaOH c(naoac) = 0.02 mol L -1 1/ c(naoh) = 0.08 mol L -1 1/ Der ph-wert wird von der starken Base dominiert, somit: poh = lg(c[oh - ]) = lg(0.08 ml) = P ph = 14 poh = = P Punkte 8:

10 9. Bei 25 C beträgt das Löslichkeitsprodukt von Bi2S (a) [3] Wie hoch ist die Bi 3+ -Konzentration einer gesättigten Lösung? K L = [Bi 3+ ] 2 [S 2- ] 3 = mit [S 2- ] = 3/2 [Bi 3+ ] [Bi 3+ ] 2 (3/2 [Bi 3+ ]) 3 = /8 [Bi 3+ ] 5 = [Bi 3+ ] 5 = /27 = ([Bi 3+ ] 5 ) = 5 ( ) [Bi 3+ ] = (b) [4] In einem Liter der gesättigten Bi2S3-Lösung werden 7.8 g Natriumsulfid aufgelöst (Volumenänderung vernachlässigbar). Wie hoch ist die Bi 3+ Konzentration? M(Na 2 S) = gmol gmol -1 = 78.0 gmol -1 c(s 2- ) = 7.8 g /78.0 gmol -1 /1 L = 0.1 moll -1 K L = [Bi 3+ ] 2 [S 2- ] 3 = mit [S 2- ] = 0.1 moll -1 [Bi 3+ ] = [Bi 3+ ] 2 = / = [Bi 3+ ] 2 = / = [Bi 3+ ] = 2 ( ) = (c) [3] Das Löslichkeitsprodukt (bei 25 C) von CuS beträgt Ist die Metallionenkonzentration in einer gesättigten CuS-Lösung höher als in einer gesättigten Bi2S3-Lösung? (Antwort mit Begründung). K L = [Cu 2+ ] [S 2- ] = mit [S 2- ] = [Cu 2+ ] [Cu 2+ ] [Cu 2+ ] = [Cu 2+ ] 2 = ([Cu 2+ ] 2 )= 2 ( ) [Cu 2+ ] = Antwort: nein Punkte 9:

11 10. Industrielle Verfahren: Haber-Bosch-Verfahren: 11 a) [2] Geben Sie die Reaktionsgleichung für die technische Ammoniak-Synthese nach dem Haber- Bosch-Verfahren an. N H 2 2 NH 3 b) [3] Wie müssen Temperatur und Druck eingestellt werden (möglichst hoch oder möglichst niedrig?), um das Gleichgewicht auf die Seite des Produkts zu verschieben? Begründen Sie Ihre Antwort (Stichpunkte!) und benennen Sie das zu Grunde liegende Prinzip. Temperatur: niedrig Begründung: exotherme Reaktion Druck: hoch Begründung: GG-Verschiebung durch Teilchenminimierung Prinzip: Prinzip des kleinsten Zwangs c) [2] Welcher Katalysator wird verwendet? Was ist seine Funktion und warum ist er erforderlich? Katalysator: Eisen Funktion: Senkung der Aktivierungsenergie d) [3] Mit welchem Verfahren kann man ausgehend von Ammoniak Stickstoffmonoxid herstellen? Geben Sie den Namen des Verfahrens und die Reaktionsgleichung an. Name: Ostwald-Verfahren Reaktionsgleichung: 4 NH O 2 4 NO + 6 H 2 O Punkte 10:

12 ANHANG: 1 2 He H Ne F O N C B Be Li Ar Cl S P Si Al Mg Na Kr Br Se As Ge Ga Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti Sc Ca K Xe I Te Sb Sn In Cd Ag Pd Rh Ru Tc Mo Nb Zr Y Sr Rb Rn At Po Bi Pb Tl Hg Au Pt Ir Os Re W Ta Hf La Ba Cs Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg E-Hg Fr Ra Ac Lu Yb Tm Er Ho Dy Tb Gd Eu Sm Pm Nd Pr Ce Lr No Md Fm Es Cf Bk Cm Am Pu Np U Pa Th Quelle: CRC 86th Konstanten: Avogadro-Konstante NA = mol -1 Universelle Gaskonstante R = J K -1 mol -1 Faraday-Konstante F = C mol -1 Atomare Masseeinheit u = kg

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