Klausur zum Vorkurs des Chemischen Grundpraktikums WS 2015/16 vom 18.09.2015 A1 A2 A3 A4 A5 Note 15 5 9 11 10 NAME:... VORNAME:...LÖSUNGSSTICHPUNKTE... Pseudonym für Ergebnisveröffentlichung:... Schreiben Sie bitte gut leserlich: Name und Vorname in Druckbuchstaben. Unleserliche Teile werden nicht gewertet! Die Bewertung der einzelnen Aufgaben ist jeweils in Klammern nach der Aufgabennummerierung angegeben; insgesamt sind 50 Punkte erreichbar. Die Klausur gilt als bestanden, wenn 50% der erreichbaren Punkte erzielt werden. Wichtig: 1. Schreiben Sie bitte auf jedes Blatt oben Ihren Namen. 2. Schreiben Sie nach Möglichkeit die Lösungen nur auf das Blatt der entsprechenden Aufgabe einschließlich der Rückseite. 3. Mit Bleistift geschriebene Aufgaben werden nicht gewertet! 4. Als Hilfsmittel ist nur ein nicht programmierbarer Taschenrechner zugelassen. 5. Falls Sie Zusatzblätter benötigen, fordern Sie diese bitte an und verwenden Sie nur gekennzeichnete Zusatzblätter! Viel Erfolg beim Lösen der Aufgaben! Die Klausur umfasst 5 Aufgaben auf insgesamt 8 Blättern (PSE, 1 Schmierblatt als Anhang).
Vorname: Nachname: 2/8 1. [4] a) Reiner Kohlenstoff kann beispielsweise durch Zersetzung von Rohrzucker (C12H22O11) erhalten werden. Dabei wird das in der Formel gebundene Wasser auf chemischem Wege entfernt. Geben sie dafür eine Reaktionsgleichung an und nennen Sie eine Verbindung, die geeignet ist diese Reaktion zu katalysieren. Berechnen Sie, wie viel Gramm Kohlenstoff bei einem quantitativen Umsatz aus 500 g des Disaccharids gewonnen werden können. C12H22O11 12 C + 11 H2O M = 342.20 g/mol (konzentrierte Schwefelsäure als Katalysator!) 12 x C = 144.12 g Lösung z.b. über Dreisatz: 342.30 / 500.00 = 144.12 / x x = 210.52 g. 1. [3] b) Vorgegeben ist uns wasserhaltiges NaOH (Ätznatron), das einen Gehalt von 12% Wasser aufweist. Wie viel Gramm dieses Stoffes werden benötigt, um 10 Liter einer Maßlösung der Äquivalentkonzentration von c = 0.5 mol L 1 herzustellen? Überlegung: wasserhaltiges Ätznatron bedeutet hier: 100% 12% (H2O) = 88%. A) Wie viel Gramm NaOH (reiner Feststoff) werden benötigt, um 10 L einer 0.5 m- Lösung herzustellen? M(NaOH) = 39.99 g/mol 10 L (1m) 399.90 g, für 0.5 m aber nur 199.95 g. B) Lösung z.b. über Dreisatz: 100 g (wasserhaltig) / 88 g (rein) = x / 199.95 g. x = 227.22 g.
Vorname: Nachname: 3/8 1. [3] c) Welches Volumen Methanol mit einem Volumenanteil von 0.3500 (in Wasser) können maximal aus 138.3 g reinem Methanol hergestellt werden? (Angabe des Ergebnisses in cm 3 ). Gegeben: (MeOH) = 0.79 g ml 1 (298.15 K). = m / V V = m / = 138.3 / 0.79 [ml] = 175 ml reines Methanol. c [Vol%] = V / Vgem. x 100% Vgem.= 175 ml x 100 / 35 = 500 ml = 500 cm 3 1. [5] d) Im Praktikum haben Sie kennengelernt, wie Aluminium mit konzentrierter Salzsäure reagiert. Formulieren Sie die entsprechende Reaktionsgleichung für die u.u. heftig ablaufende Reaktion. Berechnen Sie, wie viel Liter des entstehenden Gases hierbei maximal freigesetzt werden können (T = 273.15 K), wenn die Stoffmenge des eingesetzten Metalls n = 0.75 mol beträgt. Wie kann das freigesetzte Gas auf einfachem Wege durch eine chemische Reaktion nachgewiesen werden? 2 Al + 6 HCl 2 AlCl3 + 3 H2 1 mol Al ergibt 1.5 mol H2 0.75 mol entsprechen 1.125 mol H2 Vm = 22.4 L/mol; entspricht hier 25.2 L Nachweis über Knallgasreaktion.
Vorname: Nachname: 4/8 2. [5] a) Geben Sie die Oxidationszahlen aller Elemente in den nachfolgend aufgeführten Verbindungen an. Schreiben Sie dazu die Zahlen über die jeweiligen Elementsymbole der Formel. Gegeben sind die relativen Elektronegativitätswerte folgender Elemente: H, 2.2; C, 2.6; N, 3.0; O, 3.4; F, 4.0; Na, 0.9; Cl, 3.2; I, 2.7. +I/0/ I +I/+V/ II +I/ I +III/ I 0/+I/ I HOF HClO3 NaH NF3 CH2Cl2 +I/+II/ III III/+I +I/ II/+I +II/ I IV/+I HCN NI3 HOCl OF2 CH4 3. [5] a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Protolyse von Kaliumcyanid in wässriger Lösung. Berechnen Sie den ph-wert einer Lösung von KCN, wenn eine Ausgangskonzentration des Salzes von c = 0.4 mol L 1 gegeben war. In welcher mathematischen Beziehung stehen dabei die Werte von pks und pkb miteinander? Gegeben: KS = 4.8 10 10 mol L 1 (298.15 K). CN + H2O HCN + OH pks + pkb = 14; pks (HCN) = 9.32 (aus: pks = lgks) pkb = 14 pks = 4.68 poh = ½(pKB lgco) = 2.54 ph = 14 poh = 14 2.54 = 11.46.
Vorname: Nachname: 5/8 3. [4] b) Uns steht eine wässrige Lösung von Perchlorsäure mit dem Wert ph = 3 zur Verfügung. Durch Verdünnen mit reinem Wasser soll daraus eine Säure mit dem ph = 4 hergestellt werden. In welchem Verhältnis ist die Verdünnung vorzunehmen? Handelt es sich bei Perchlorsäure um eine starke oder schwache Säure? Gegeben: Der pkb-wert des korrespondierenden Anions in verdünnter wässriger Lösung beträgt 23. HClO4 starke Säure, da pks = 9. Lösung über Mischungskreuz ergibt ein Mischungsverhältnis von Säure zu Wasser von 1: 9.
Vorname: Nachname: 6/8 4. [6] a) Geben Sie die Formeln für Natriumsulfit bzw. Natriumhydrogensulfit an. Wie können diese Salzlösungen erhalten werden, wenn Ihnen Schwefeldioxid als Ausgangstoff zur Verfügung steht? Geben Sie dazu mindestens eine Reaktionsgleichung an. Formulieren Sie nun eine Gleichung für die Reaktion von Chlor mit Natriumsulfit-Lösung in basischem Milieu, indem Sie die Gesamtgleichung aus Teilgleichungen herleiten. Na2SO3 / NaHSO3; Darstellung aus Natronlauge und SO2 NaOH + SO2 NaHSO3 bzw.: 2 NaOH + SO2 Na2SO3 + H2O Red.: Cl2 + 2 e 2 Cl Ox.: 2 OH + SO3 2 SO4 2 + 2e + H2O Redox.: Cl2 + 2 OH + SO3 2 2 Cl + SO4 2 + H2O. 4. [5] b) Formulieren Sie die Reaktion von Nitrat-Ionen mit elementarem Zink in basischer Lösung aus den entsprechenden Teilgleichungen. Bei dieser Reaktion entsteht ein gasförmiges Produkt, das mit einem mit Wasser angefeuchteten Indikatorpapierstreifen eine basische Reaktion anzeigt. Red.: NO3 + 8 e + 6 H2O NH3 + 9 OH Ox.: Zn Zn 2+ + 2e x 4 Redox.: NO3 + 4 Zn + 6 H2O NH3 + 4 Zn 2+ + 9 OH
Vorname: Nachname: 7/8 5. [4] a) Berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration von konzentrierter (w = 0.3418; = 1.17 g cm 3 ; 298.15 K) bzw. von verdünnter Salzsäure (w = 0.0700; = 1.03 g cm 3 ; 298.15 K). HCl (konz.) : 34.18 %, = 1.17 c = 10.97 mol/l HCl (verdünnt) : 6.43 %, = 1.030 c = 1.817mol/L. Rechnung, z.b.: A) 34.18%: 1 L wiegt 1170 g 1170 x 0.3418 = 399.91 [g /L] 399.91 / 36.46 = 10.97 [molar]. B) 7.00%: 1 L wiegt 1030 g 10 30 x 0.07 = 72.10 g /L 72.10 / 36.46 = 1.98 [molar].
Vorname: Nachname: 8/8 5. [2] b) Berechnen Sie den ph-wert einer wässrigen Lösung, die sich äquimolar aus Essigsäure und Natriumacetat zusammensetzt. Gegeben: pks(hoac) = 4.75. ph = pks + lg [Salz] / [Säure]; ph = 4.75 + lg [NaOAc] / [HOAc] äquimolar bedeutet Zusammensetzung z.b. 1 mol/l : 1 mol/l. Demzufolge gilt: ph = pks = 4.75. 5. [2] c) Berechnen Sie den ph-wert dieser Lösung (c = 1 mol L 1 ), wenn 0.1 mol Salzsäure zu einem Liter dieser Lösung zugesetzt werden. Durch die Zugabe der Säure wird die Konzentration der Acetationen auf 0.9 mol/l gesenkt, die der Säure allerdings auf 1.1 mol/l erhöht: H3O + + AcO AcOH + H2O ph = 4.75 + lg (0.9 mol) / (1.1 mol) = 4.66. 5. [2] d) Berechnen Sie den ph-wert der Lösung unter (c), wenn 0.2 mol Natronlauge zu einem Liter dieser Lösung zugesetzt werden. Durch die Zugabe der Lauge wird die Konzentration der Acetationen auf 1.2 mol/l ansteigen, während die Konzentration der Säure auf 0.8 mol/l absinkt: ph = 4.75 + lg (1.2 mol) / (0.8 mol) = 4.93.