Abschlusstest - Physikalische Chemie CBI/LSE - SS09 - Blatt 1 Schriftliche Leistungsüberprüfung PC/CBI SS08-31.07.2009 Hörsaal H1/H2/H3 Name: Vorname: geb. am: in: Matrikelnummer: Studienfach: Unterschrift: Für die Beantwortung der Fragen verwenden Sie bitte den freigelassenen Raum, notfalls die Rückseite des Blattes sowie die Ersatzblätter. Soweit Erklärungen gefordert sind, schreiben Sie in Stichworten. Die in Klammern gesetzten Zahlen geben die Punktzahl an, die Sie bei erschöpfender Antwort auf die Frage erhalten. Die Kästchen am rechten Rand lassen Sie bitte frei. Irgendwelche Hilfsmittel (Skripten, Bücher, etc.) sind nicht zugelassen! Rydberg-Konstante R H = 109677 cm -1 (entspricht 13.60 ev) Lichtgeschwindigkeit c = 2.998 10 8 m s -1 Elementarladung e = 1.602 10-19 As Plancksche Konstante h = 6.626 10-34 Js Avogadro-Konstante N A = 6.022 10 23 Teilchen/mol Bohrscher Radius a 0 = 52.92 pm Masse Proton m P = 1.673 10-27 kg Atomare Masseneinheit 1 amu = 1.66054 10-27 kg Masse des Elektrons me = 9.109 10-31 kg Dielektrizitätskonst. d. Vak. ε 0 = 8.854 10-12 A s V -1 m -1 Gaskonstante R = 8.31 JK -1 mol -1 Zum Bestehen notwendig: 40% (24 Punkte). Die pro Teilaufgabe maximal erreichbare Punktzahl ist in Klammern hinter dem Aufgabentext angegeben. Zusatzpunkte sind zur erreichen der max. Punktzahl nicht erforderlich.. Bewertungsschlüssel: 100.0%-94.1%: 1.0; 94.0%-88.1%: 1.3; 88.0-82.1%: 1.7; 82.0%-76.1%: 2.0; 76.0-70.1%: 2.3; 70.0%-64.1%: 2.7; 64.0%- 58.1%: 3.0; 58.0%-52.1%: 3.3; 52.0%-46.1%: 3.7; 46.0%-40.0%: 4.0; <40%: nicht bestanden. Dieses Feld nicht beschriften! A1 A2 A3 A4 A5 ges
Abschlusstest - Physikalische Chemie CBI/LSE - SS09 - Blatt 2 14 P Aufgabe 1 (Geschwindigkeits- / Zeitgesetz, Reaktionsordnung) Ein Edukt A zersetzt sich zum Produkt P in wässriger Lösung. (a) Geben Sie die Geschwindigkeitsgesetze für die Zersetzung unter der Annahme an, dass die Reaktion nach einer Kinetik 1. bzw. 2. Ordung verläuft. (2P) (b) Leiten Sie aus den Geschwindigkeitsgesetzen in (a) die jeweiligen Zeitgesetze ab. (6P)
Abschlusstest - Physikalische Chemie CBI/LSE - SS09 - Blatt 3 (c) Folgende Daten wurden für die Zersetzung von (a) experimentell ermittelt: t[s] c A [moll -1 ] ln(c A /[moll -1 ]) 1/c A [mol -1 l] 0.0 0.230... 8.2 0.099... 23.2 0.049... Bestimmen Sie grafisch, ob die Reaktion nach einer Kinetik 1. oder 2. Ordnung verläuft. Ermitteln Sie die Geschwindigkeitskonstante k. Geben Sie für jede Reaktionsordnung jeweils an, welche Größen Sie auf der Abszisse bzw. Ordinate auftragen! Benutzen Sie das Millimeterpapier auf den folgenden Seiten. (6 P)
Abschlusstest - Physikalische Chemie CBI/LSE - SS09 - Blatt 4
Abschlusstest - Physikalische Chemie CBI/LSE - SS09 - Blatt 5 12 P Aufgabe 2 (Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstanten) Die Zersetzung von A erfolgt zu unter gleichzeitiger Bildung drei verschiedener Produkte P, Q und R: k A P k A Q k A R P Q R. Für die Aktivierungsenergien (E A ) und präexponentiellen Faktoren (A) wurden folgende Werte bestimmt: Reaktionsprodukt A [s -1 ] E A [kj. mol -1 ] P 1. 10 12 100 Q 2. 10 13 110 R 1. 10 14 120 (a) Geben Sie die Arrheniusgleichung für die drei Reaktionen an. (2 P) (b) Skizzieren Sie schematisch die Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstanten in einer gemeinsamen Arrheniusauftragung. Hinweis: Es gibt einen endlichen Temperaturbereich, in dem das Produkt Q das Hauptprodukt der Reaktion ist. (4 P)
Abschlusstest - Physikalische Chemie CBI/LSE - SS09 - Blatt 6 (c) Berechnen Sie das Temperaturintervall, in dem Produkt Q das Hauptprodukt der Reaktion ist. (6 P + 2 ZP)
Abschlusstest - Physikalische Chemie CBI/LSE - SS09 - Blatt 7 12 P Aufgabe 3 (Grundlagen der Quantenmechanik, Tunneleffekt) (a) Ein Elektron tunnelt durch die unten dargestellten Energiebarrieren. Vervollständigen Sie die eingezeichneten Wellenfunktionen. Achten Sie auf die korrekte Darstellung der Details, wie der Steigung der Wellenfunktionen an den Grenzen zur Barriere, der Wellenlänge und den Verlauf der Amplituden im Vergleich zueinander. (6 P)
Abschlusstest - Physikalische Chemie CBI/LSE - SS09 - Blatt 8 (b) Die Wellenfunktion eines Teilchens, dass in eine (unendlich breite) Potentialbarriere bei x = 0 hineintunnelt, ist beschrieben durch ψ = Ne kx. Berechnen Sie den Erwartungswert der Eindringtiefe x in den klassisch verbotenen Bereich, d.h. in den Bereich 0 x. Hinweis: Hierzu muss der Erwartungswert über x im Bereich der Barriere ermittelt werden und anschließend auf die Aufenthaltswahrscheinlichkeit im Bereich der Barriere normiert werden (6 P + 2 Zusatzpunkte) ax ax e Hilfe: xe dx = ( ax 1) 2 a
Abschlusstest - Physikalische Chemie CBI/LSE - SS09 - Blatt 9 14 P Aufgabe 4 (Atome und Moleküle) (a) Skizzieren Sie den Radialanteil R (r) und die radiale 2 2 Wahrscheinlichkeitsverteilung 4πr R( r) der atomaren Wellenfunktionen 2s, 2p und 3p. (6P)
Abschlusstest - Physikalische Chemie CBI/LSE - SS09 - Blatt 10 (b) Wir betrachten ein Mg-Atom in einem elektronisch angeregten Zustand mit der Elektronenkonfiguration 1s 2 2s 2 2p 6 3p 1 3d 1. Ermitteln Sie alle möglichen Terme und geben Sie die Termsymbole sowie deren Entartung an. (8P) ()c) Für welche Spezies erwarten Sie die größere Rotationskonstante B: [C 2 ] - oder [C 2 ] +? Warum? (Kurze Erklärung in Stichworten!) (2 Zusatzpunkte)
Abschlusstest - Physikalische Chemie CBI/LSE - SS09 - Blatt 11 8 P Aufgabe 5 (Spektroskopie) Für ein zweiatomiges Molekül seien folgende Molekülkonstanten bekannt: Rotationskonstante B = 6.61 cm -1 Schwingungswellenzahl ν ~ = 2310 cm-1 Kraftkonstante k = 312 Nm -1 (a) Skizzieren Sie schematisch ein Energiediagramm der Schwingungs- und Rotationsniveaus und zeichnen Sie jeweils die erste Linie des O- und S- Zweiges des Schwingungs-Rotations-Ramanspektrums ein. (4 P) (b) Berechnen Sie die Wellenzahlen für die jeweils erste Linie des Schwingungs-Rotations-Ramanspektrums. (4 P)
Abschlusstest - Physikalische Chemie CBI/LSE - SS09 - Blatt 12 (c) Bei dem Molekül handelt es sich um eines der folgenden Halogenwasserstoffmoleküle: 1 H 19 F, 1 H 35 Cl, 1 H 127 I. Um welches? (4 Zusatzpunkte)
Abschlusstest - Physikalische Chemie CBI/LSE - SS09 - Blatt 13 Zusatzblatt
Abschlusstest - Physikalische Chemie CBI/LSE - SS09 - Blatt 14 Zusatzblatt