WIRTSCHAFTSKAMMER TIROL

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1 WIRTSCHAFTSKAMMER TIROL Themen und Aufgabenstellungen zum Landeslehrlingswettbewerb der Wirtschaftskammer Tirol (Der Themenkatalog ist mit dem Lehrplan der Fachberufsschule St. Nikolaus abgeglichen) Chemieverfahrenstechnik 3. Lehrjahr Seite 1 von 11

2 Landeslehrlingswettbewerb Chemieverfahrenstechni Allgemeines Der Fragenkatalog dient als Hilfestellung zur Abdeckung des Stoffgebietes. Die Aufgaben zum theoretischen Teil des LWB können Fragen enthalten, die die Anwendung der vorbereiteten Kapitel beinhalten. Die in blau geschriebenen Fragen dienen ausschließlich als Beispielsfragen und decken nicht den kompletten Stoff ab. Des weiteren können die Formulierungen abweichen. 1. Allgemeine und Anorganische Chemie (Angewandte Chemie) Das PSE: Aufbau, Einteilung, Hauptgruppen, Elemente, verschiedene allgemeine Eigenschaften Wie viele Haupt- bzw. Nebengruppen bilden das PSE? Wie sind die Elemente aufgrund ihres Metallcharakters eingeteilt? Die chemischen Bindungsarten: Atombindung polar unpolar, Ionenbindung, Metallbindung sowie Wasserstoffbrückenbindung + Erklärung und entsprechende Beispiele Welche chemische Bindungsart liegt bei folgenden Verbindungen vor? Li 20, Cl 2, SrCl 2 Das Bohr'sche Atommodell in Theorie und mittels Beispielen Zeichnen Sie das Bohr sche Atommodell von Borl Ba Grundlegende Definitionen und Begriffe der Allgemeinen und Anorg. Chemie: Reinstoffe, Elemente, Verbindungen3 homogene und heterogene Gemenge, Ordnungszahl, Massenzahl, Elektronegativität, Nuklide, Isotope, Stoffmenge (n), Relative Atom- bzw. Molekülmasse (Mrel), Molare Masse (M), Molvolumen (Vm), Dissoziation, Massenwirkungsgesetz (MWG), exo-/endotherme Reaktion, Katalysatoren, Elektrolyse, Löslichkeitsprodukt (L), ph / poh-wert. Führe auch entsprechende Beispiele an! Gleichgewichtsreaktionen: Definition und Beschreibung, Beispiele von Gleichgewichtsreaktionen, Möglichkeiten zum Verschieben des chem. Gleichgewichtes Durch welche Maßnahmen kann bei folgender Reaktion das Gleichgewicht auf die Seite der Produkte verschoben werden? N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) AH = -92kJ/moI Seite 2 von 11

3 Oxidation und Reduktion (versch. Definitionen): Beispiele für gängige Oxidations- bzw. Reduktionsmittel Richtigstellen von einfachen Redoxgleichungen mittels Elektronenbilanz H 2S + K 2Cr 2O 7 + HCI CrCl 3 + S + KCI + H 2O ( Bestimmung/Kennzeichnung von Oxidations- und Reduktionsmittel) Wasser Eigenschaften und Struktur von Wasser. Definition und verschiedene Angaben der Wasserhärte. Wasserenthärtung. Erklären Sie den Unterschied zwischen Carbonat- und Nichtcarbonathärte! Wie kommt das Carbonat in das Wasser? Hauptgruppenelemente Symbole der Elemente der 1. bis zur 7. Hauptgruppe und deren Namen; verschiedene allgemeine Eigenschaften Reaktionsgleichungen Gruppenreaktionen mit entsprechenden Fällreagenzien aller Anionen der 1. bis zur 3.Gruppe und aller Kationen der I. bis zur 4. Gruppe; Kennzeichnung des Merkmals der Reaktion wie Niederschlag oder Gasbildung und die erforderlichen Bedingungen am Reaktionspfeil. Geben Sie die Gruppenreaktion zum Nachweis von Kupfer(ll)-ionen an! Kennzeichnen Sie den entstehenden Niederschlag und geben Sie die Farbe des Niederschlages an! Technische Gewinnung Alkalimetalle und einer bedeutenden Alkalimetall-Verbindung; in Stichworten und mit Reaktionsgleichung. Seite 3 von 11

4 Landeslehrlingswettbewerb Chemieverfahrenstechnik 3. Lehrjahr 2. Organische Chemie (Angewandte Chemie) Hinweis: Der Wettbewerbsteilnehmer hat sich in der Weise vorzubereiten, dass er neben theoretischen Grundlagen auch im Stande ist, vorgegebene Reaktionen mittels Reaktionsgleichungen zu beschreiben bzw. vorgegebene Verbindungen durch Aufstellen von Reaktionsgleichungen herzustellen und zu benennen! Neben den Berufsschulunterlagen ist das Fachbuch Chemie für Schule und Beruf', Europa-Lehrmittel Verlag eine wertvolle Hilfe. Einteilung organischer Verbindungen (mit entsprechenden Beispielen) Funktionelle Gruppen Beschreiben und benennen einfacher gesättigter und ungesättigter aliphatischer Verbindungen Isomerie Definition, verschiedene Arten, Beispiele Welche Isomerieart liegt vor und zeichnen Sie die Verbindungen! 2-Methylpentan und n-hexan 2-Chlorhexan und 3 Chlorhexan Alkane, Alkene inkl. Diene, Alkine Darstellung, Benennung, Homologe Reihe, Eigenschaften und Reaktionen mit entsprechenden Reaktionsgleichungen Wie können Alkane gewonnen werden? Zeige die Reaktion von Ethen mit Chlorgas! Fuhre eine Hydratisierung von 2-Propen durch! Grundreaktionsarten in der org. Chemie Substitution, Addition, Eliminierung (z.b. Halogenierung, Hydrohalogenierungt Hydrierung, etc.) in Worten und Reaktionsgleichungsbeispielen Bilden Sie für die vollständige Halogenierung von Ethin die Reaktionsgleichung! Welche Grundreaktionsart liegt vor? Was versteht man allgemein unter einer Eliminierungsreaktion? Was ist die Vorraussetzung fur eine Additionsreaktion? Seite 4 von 11

5 Landeslehrlingswettbewerb Chemieverfahrenstechnik Alkohole Einteilung, Benennung (mit Beispielen) Herstellung einfacher Alkohole (z.b. Ethanol) von Alkoholen mit entsprechender Reaktionsgleichung verschiedene Möglichkeiten zur wichtige Reaktionen Eigenschaften, Verwendung einzelner wichtiger Alkohole insbesondere Methanol, Ethanol, Propanole, Glykol und Glycerin Geben Sie an um welchen Alkohol es sich bei folgenden Verbindungen handelt (prim, sek, tert. Alkohol): 2-Butanol, Isopropanol, Ethanol, 2-Methyl-hexan-2-ol Ether Einteilung, Benennung, Herstellung (mit Beispielen) Verwendung, Etherperoxide (Nachweis, Entfernung) physik. und chem. Eigenschaften, Geben Sie die RGL für eine intermolekulare Wasserabspaltung von 2 Molekülen 1-Butanol an und benennen Sie das Produkt! Aldehyde und Ketone Homologe Reihe, Benennung, Herstellung, Reaktionen Welches Produkt entsteht bei der Oxidation eines primären bzw. sekundären Alkohols? Zeige die Reaktion von Aceton mit Hydrazin (RGL)I Was versteht man unter einen asymetrischen Keton? Geben sie ein Beispiel und benennen Sie dieses! Monocarbonsäuren/Dicarbonsäuren Homologe Reihe, Benennung, versch. Möglichkeiten zur Herstellung, Eigenschaften und Reaktionen. Zeige die Darstellung der Essigsaure ausgehend vom entsprechenden Alkohol! Zeige die Oxidation von 1,3-PropandioI und benennen Sie das Produkt! Aromatische Verbindungen Erklärung der physikalischen Eigenschaften und des chemischen Verhaltens mit Reaktionsgleichung und Benennung der Reaktionsart und aller Verbindungen (Benzol mit allen kennen gelernten Derivaten). Seite 5 von 1 1

6 Landeslehrlingswettbewerb Chemieverfahrenstechnik 3. Spezielle Fachkunde Chemietechnik (Die Verwendung des Fachbuches - Ignatowitz: Chemietechnik - ist für die Vorbereitung eine wertvolle Hilfe). Armaturen Skizze, Arbeitsweise und Verwendung diverser Apparate und Armaturen Skizzieren und beschreiben Sie die Funktionsweise eines Kugelhahns und eines Absperrventil! Fördern von Flüssigkeiten Begriffserklärungen: Förderstrom, Förderhöhe, Pumpenkennlinie, Anlagenkennlinie, Betriebspunkt, Skizze, Arbeitsweise und Verwendung einer Kreiselradpumpe, Membranpumpe, Zahnradpumpet Schlauchquetschpumpe Skizzieren und beschreiben Sie die Pumpenkennlinie einer Kreiselradpumpe! Fördern von Gasen Skizze, Funktion und Einsatzgebiet eines Kolbenverdichters, Rotationszellenverdichters, Ventilators Welcher Verdichter ist für geringe Drücke und hohe Ströme geeignet? Beschreiben Sie dessen Funktionsweise! Fördern von Feststoffen Pneumatische Förderer Zerkleinern von Feststoffen Grobzerkleinerung und Feinzerkleinerung: Bauart, Arbeitsweise, Hauptbeanspruchungsart, praktische Anwendung. Beschreiben Sie die Arbeitsweise eines Kollergangs! (ink. Skizze) Zerteilung von Flüssigkeiten Verschiedene Möglichkeiten, praktische Anwendung Mischen Erklärung der verschiedenen Strömungsverhältnisse in einem Rührbehälter, ver. Rührerarten. Seite 6 von 1 1

7 Landeslehrlingswettbewerb Chemieverfahrenstechnik Wärmetauscher Skizze, Arbeitsweise und Verwendung: Rohrbündelwärmetauscher, Rohrbündelwärmetauscher mit Schwimmkopf, Plattenwärmetauscher. Zeichnen Sie den Temperaturverlauf im Gleich- bzw. Gegenstorm! Trockner Verschiedene Trocknerbauarten, Erklärungeiner kontinuierlichen und einer diskontinuierlichen Bauart, sowie das Trocknungsverfahren Mechanische Trennverfahren für Feststoffgemische Verwendung, Arbeitsweise: Dichtesortieren, Flotieren, Sieben, Sichten und Stromklassieren Wärmetechnische Berechnungen Welche Wärmemenge in kwh wird benötigt, um 250 kg Eis von C auf C idealen Dampf zu erhitzen? [213 kwh] Ein Wärmetauscher hat eine Austauschfläche von 4,85 m 2 ; k(wt)=3000 kj/m 2 hk; die mittlere Temperaturdifferenz beträgt 55 0 C. Welche Wärmemenge in kwh kann in 3 % Stunden übertragen werden? [834 kwh] Wärmemenge von 834 kwh in 3 3 /4 Stunden von Wie viel kg Wasser können mit einer 8 0 C auf 63 0 C erwärmt werden? [13028 kg] kg Ethanol müssen in 20 Minuten bei 79 0 C kondensiert und anschließend auf C abgekühlt werden. Welche Fläche muss der WT haben? kj/m 2 hk; A Tm=35 0 C; kj/kgk; kj/kg [6,13 rn 2 ] Zentrifugation Zentrifugationsarten, Beschreibung und Funktionsweise der Zentrifugentypen, Skizze Erklären Sie die Funktion eines Dekanters! Filtration Filtrationsarten, Filterbauarten - Geräte mit Erklärung, Vorteile, Nachteile, Skizze Erklaren Sie den Unterschied Deadend- und einer Crossflow-Filtration! Seite 7 von 1 1

8 Landeslehrlingswettbewerb Chemieverfahrenstechnik Gasreinigung Arten der Gasreinigung, Beschreibung der Geräte mit Funktionsweise, Parameter für den Entstaubungsgrad, Skizze Welches Gerät ist für die Feinentstaubung (Partikelgröße: < 1 Opm) am besten geeignet und beschreiben Sie die Funktionsweise anhand einer Skizze! Seite 8 von 1 1

9 4. Angewandte Mathematik Landeslehrlingswettbewerb Chemieverfahrenstechnik Hinweis: Bei den nachfolgenden Aufgaben handelt es sich lediglich um Übungsaufgaben. Die Ergebnisse dazu sind in Klammer angeführt. Für den Lehrlingswettbewerb sind Berechnungen mit anderen Stoffen und Zahlen vorgesehen! Herstellung von Lösungen Berechnen und beschreiben Sie die Herstellung folgender Lösungen unter Berücksichtigung eventuell erforderlicher Schutzmaßnahmen a) Herzustellen sind 250g einer Na2S04-Ls., w(na2s04) = 145% Vorhanden: Na2S04 95 %ig 38, 16g) b) Herzustellen sind 500 ml einer Salzsäure Ls., c (HCI) = 1 mol/l Vorhanden: 1) w(hcl) = 37%, M = 36,46 g/mol, p20 = 1,184 g/ml 52ml) 2) c(hcl) = 5,0 mol/l (125ml) c) Herzustellen sind 750 ml einer Kalilauge, ß(KOH) = 50 g/l Vorhanden: KOH-Plätzchen 98,5 % (38,07g) Berechnung von Konzentrationsangaben a) 35,5 g BaC12 80%ig (M = 20824g/mol) wurden eingewogen, gelöst und auf ein Endvolumen von 250 ml gebracht Berechne ß(BaC12) sowie c(bac12) dieser Lösung! (9 ß = 1 13,6 g/l bzw. c = 0,546 mol/l) b) 28,5 ml Ethanol absolut wurden mit H20 auf ein Volumen von 525 ml verdünnt. Berechne o(ethanol) der Lösung! o = 0,0543 bzw. 5,430%) c) Zu 123,5 g Zucker (97,5%ig) wurden 850 g H20 dest. zugesetzt. Berechne den Massenanteil w (Zucker) in dieser Lösung! w 0, 1237 bzw. 12,37%) d) Man mischte 240 ml einer 20,4%igen HCI (p = 1,100 g/ml) mit 520 ml einer 13,5 %igen HCI (p = 1,065 g/ml) Berechne den Massenanteil w% (HCI) dieser Mischung! w = 15,73%) Dichteberechnungen und Dichtebestimmungen von Flüssigkeiten und Festkörpern siehe Rechnen in der Chemie" S.85ff und 88ff Seite 9 von 1 1

10 Landeslehrlingswettbewerb Chemieverfahrenstechnik Umsatzberechnungen - Ausbeute - Überschussberechnungen siehe Rechnen in der Chemie" S. 120ff Berechnungen zum Trockenverlust I Glühverlust Eine Kohlenprobe wurde getrocknet und anschließend verascht. Dabei wurden folgende Werte erhalten: Tiegel leer: 15,5782g Tiegel + Probe: 17,3987g Tiegel + Probe getrocknet: 17,0473 g Tiegel + Asche: 15,7612 g Berechne % Trockenmasse, % Trockenverlust, % Gluhverlust und % Asche bzw. % Asche in der Trockenmasse der Probe! ( TM, TV, Asche, 89,9% GV, 12,5% Asche i.t.) Berechnung gravimetrischer Bestimmungen siehe Rechnen in der Chemie" S. 166ff a) Der CaCl 2 Gehalt einer Probe wurde gravimetrisch in einer Doppelbestimmung über AgCl bestimmt. Einsatz: 25,00 ml/ 250 ml/ 20 ml Wägungen: Tiegel leer: 21,3682 g; 19,5925 g Tiegel mit AgCI: 21,6855 g; 19,9076 g Welche Massenkonzentration im g/l CaCl 2 enthält die Probe? [61 g/l] b) 5,3027 g Aluminiumblech wurden in Salzsäure gelöst, auf 100,0 ml aufgefüllt und je 20,00 ml davon mit Ammoniak gefällt. Die Niederschläge wurden geglüht und man erhielt folgende Auswaagen an A1203: 1,899 g, 1,902 g, 1 *800 g. Wie hoch ist der Massenanteil in % Al im Blech? [94,9 0 /01 c) Wie viel g eines ca. 30 %-igen Fe2(S04)3 sind auf 100 ml aufzufüllen, wenn 20 ml davon eine Auswaage von ca. 250 mg Fe203 ergeben sollen. [10,4 g] d) Wie viel ml NH40H mit c(nh40h)=2,0 mol/l müssen zur Fällung von 10,5 g 30 % Fe 2(S0 4) 3 verwendet werden, wenn ein Überschuss von 15 % gewählt wird. [23,6 ml] Fe 2(S0 4) NH 4OH -> 2 Fe(OH) (NH 4) 2SO 4 Seite 10 von 1 1

11 Landeslehrlingswettbewerb Chemieverfahrenstechnik Rechnerische Interpolation von Tabellenwerten Zum Beispiel. Zusammenhang von Dichte, Massenanteil w% und Stoffmengenkonzentration c mit Hilfe der Werte aus dem Tabellenbuch Berechnungen zur Titerstellung von Maßlösungen Einwaaqe-Berechnunqen a) Zur Titerstellung einer Schwefelsäure-Ls. c(1/2) H2S04 = ca. 0,1 mol/l ist die EW an NaHC03 Urtiter (M = 8401 g/mol) für einen Verbrauch von ca. 25 ml Maßlösung zu berechnen. Rgl: 2 NaHCO 3 + H 2SO 4 NaSO CO H 2O (210 mg) b) Wieviel mg Oxalsäure Dihydrat (M = 126,07 g/mol) sind für eine Titerstellung einzuwiegen um einen Verbrauch von ca. 20 ml 0,2 mol/l (1/5) KMn04 zu erhalten? Rgl: H 2C 2O 4 -> 2 C02 + H 2O + 2e- (252 mg) c) Wieviel ml H20 dest. sind zu 100 ml einer KOH-Ls.,c(KOH) = 0,1 mol/l, t = 1,040 zuzusetzen, um eine KOH-Ls. mit c(koh) = 0, 100 mol/l zu erhalten? ( 4 ml H20) Titerberechnunqen a) 402,5 mg Na 2C 2O 4 (M = 134,0 g/mol) verbrauchten 24,28 ml c(1/5) KMnO 4 = 0,25 mol/l (9 t = 0,9897) b) 108,9 mg Na 2CO 3 (M = 105,99 g/mol) verbrauchten 20,30 ml c(hcl) = mol/l (t= 1,0122) c) 20,0 ml H2S04, c = mol/l, 1,038 verbrauchten 18,83 ml NaOH c = l (t= 1, 1025) Maßanalytische Bestimmungen - Rechenbeispiele zur Neutralisationsanalyse: siehe Rechnen in der Chemie" S. 184ff - Rechenbeispiele zur Manganometrie: siehe Rechnen in der Chemie" S. 191ff - Rechenbeispiele zur Jodometrie: siehe Rechnen in der Chemie" S. 196ff Viel Erfolg beim Lehrlingswettbewerb! Die Wettbewerbskommission Seite 11 von 1 1

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