Gruppe / Kandidat/in Nr:... Name/Vorname:... Grundlagenfach Bereich Teil: NATURWISSENSCHAFTEN Chemie Verfasser: Richtzeit: Hilfsmittel: Hinweise: R. Guenin, J. Lipscher, S. Steiner 80 Minuten (von total 4 Stunden) Alle benötigten Tabellen und eine Kopie des Periodensystems der Elemente liegen dieser Prüfung bei. Erlaubt ist ein nicht programmierbarer Rechner. 1. Die Antworten sind direkt auf die Aufgabenblätter zu schreiben. 2. Bei Berechnungen muss der Lösungsweg ersichtlich sein. Das Ergebnis darf nicht mehr als 5 % vom richtigen Wert abweichen. 3. Die Heftklammern bitte nicht lösen. 4. Fassen Sie sich kurz. Unpräzise Antworten ergeben nicht die ganze Punktzahl. 5. Unleserliches wird nicht korrigiert und demzufolge auch nicht bewertet. 6. Die erreichbaren Punktzahlen sind angegeben. 7. Zur Erreichung der Note 6 müssen nicht alle Aufgaben vollständig gelöst werden. Punktemaximum: 38 Punkte Und nun wünschen wir Ihnen viel Erfolg! Für die Korrigierenden:... Erreichte Punktzahl:... Punkte Note * (auf Zehntelnote gerundet):... * Die Gesamtnote im Bereich Naturwissenschaften setzt sich aus den Noten in den drei Prüfungsteilen (Biologie, Chemie, Physik) zusammen.
1) Sind die folgenden Behauptungen richtig oder falsch? Kreuzen Sie die korrekte Antwort an. Ohne Begründung. 2 P Behauptung richtig falsch Ein Gemisch aus Oktan und Wasser besteht aus zwei [ ] [ ] Phasen. Zwei Isotope eines Elementes weisen die gleiche Anzahl [ ] [ ] Neutronen auf, unterscheiden sich jedoch in der Anzahl Protonen. Die Masse von 1 mol Kohlenstoffdioxid entspricht. [ ] [ ] 44 u. Eine Aminosäure muss mindestens ein Stickstoffatom enthalten. [ ] [ ] 2) Die Verbindung Phosphan PH 3 a) Geben Sie die Anordnung der Valenzelektronen in den beiden Elementen Phosphor und Wasserstoff in der Lewis-Schreibweise an. P H b) Geben Sie die Lewisformel von PH 3 einschliesslich aller freien Elektronenpaare und die räumliche Gestalt dieses Moleküls an. Lewisformel Räumliche Gestalt c) Geben Sie an, welche Art der zwischenmolekularen Kräfte die Phosphanmoleküle (PH 3 ) aufeinander ausüben. Gedruckt am 04.01.2011 Seite 2 von 11
d) Wird Phosphan in Hexan löslich sein? Begründen Sie Ihre Antwort auf der Ebene der kleinsten Teilchen. Phosphan wird in Hexan löslich sein ja [ ] nein [ ] Begründung 3) Sauerstoff wurde erstmals im Jahre 1777 durch den schwedischen Apotheker Carl Wilhelm Scheele hergestellt. Er erhitzte das Salz Silber(I)-carbonat Ag 2 CO 3, wobei sich gasförmiger Sauerstoff, gasförmiges Kohlenstoffdioxid und festes Silber (Ag) bildete. a) Geben Sie die vollständige Reaktionsgleichung für die oben beschriebene Reaktion an. b) Das Erwärmen des Salzes Kaliumchlorat KClO 3 stellt eine weitere Möglichkeit zur Herstellung des Sauerstoffs im Labor dar. Kaliumchlorat zersetzt sich beim Erwärmen, wobei gasförmiger Sauerstoff und Kaliumchlorid entstehen. 2 KClO 3 (s) 2 KCl(s) + 3 O 2 (g) Wie viel Gramm Kaliumchlorat werden benötigt, um 1 Liter Sauerstoffgas bei Normalbedingungen herzustellen? Ein mol eines Gases nimmt bei Normalbedingungen das Volumen von 22,4 Litern ein. Der Rechenweg muss ersichtlich sein. Gedruckt am 04.01.2011 Seite 3 von 11
4) Ordnen Sie die folgenden Stoffe soweit wie möglich den Stoffeigenschaften in der unten stehenden Tabelle zu. Beachten Sie bitte, dass man die Stoffe unter Umständen auch mehreren Stoffeigenschaften zuordnen könnte, oder dass Stoffe nicht unbedingt zu einer Stoffeigenschaft zugeordnet werden können. 3 P Magnesium, C 3 H 8, HCl, MgO, C 2 H 4, CH 4, C 8 H 18, CH 3 OH Ein Stoff, welcher zu einem Kunststoff polymerisieren kann. Ein duktiler Stoff Ein spröder Stoff Der Stoff mit dem tiefsten Siedepunkt Ein organischer Stoff, welcher gut in Wasser löslich ist Eine starke Säure 5) Säure/Base-Reaktionen a) Die Säure Schwefelwasserstoff soll mit einer der drei unten aufgeführten Basen reagieren. Wählen Sie für diese Reaktion diejenige Base aus, bei welcher das Gleichgewicht am stärksten auf der rechten Seite liegt. Begründen Sie Ihre Antwort. Mögliche Reaktionspartner: HSO 3, HCO 3 und NH 3 Der Reaktionspartner, bei welchem das Gleichgewicht am stärksten auf der rechten Seite liegt: HCO 3 [ ] NH 3 [ ] HSO 3 [ ] Begründung Gedruckt am 04.01.2011 Seite 4 von 11
b) Geben Sie die vollständige Reaktionsgleichung für die Säure/Base-Reaktion der Säure H 2 S mit der von Ihnen ausgewählten Base an. Hierbei sollte nur eines der beiden Wasserstoffatome im H 2 S-Molekül reagieren. 6) Betrachten Sie die folgende Reaktion a) Entscheiden Sie, ob die obige Reaktion exotherm oder endotherm verlaufen wird, und begründen Sie Ihre Antwort auf der Ebene der kleinsten Teilchen. Die Reaktion ist exotherm [ ] Die Reaktion ist endotherm [ ] Begründung b) Entscheiden Sie, ob es sich bei der obigen Reaktion um eine Redoxreaktion handelt, und begründen Sie Ihre Antwort mit Hilfe der Oxidationszahlen. Es ist eine Redoxreaktion [ ] Es ist keine Redoxreaktion [ ] Begründung Gedruckt am 04.01.2011 Seite 5 von 11
7) Organische Verbindungen Hinweis: Verwenden Sie bei allen unten stehenden Aufgaben entweder die Lewisformel (einschliesslich aller nicht bindenden Elektronenpaare) oder die Skelettformel. a) Geben Sie die Formel der Butansäure an. b) Geben Sie den Namen der folgenden Verbindung nach den Regeln der IUPAC an. Name der Verbindung c) Geben Sie die Formel eines Amins mit 4 Kohlenstoffatomen an. Gedruckt am 04.01.2011 Seite 6 von 11
8) Organische Reaktionen Hinweis: Verwenden Sie bei allen unten stehenden Aufgaben entweder die Lewisformel (einschliesslich aller nicht bindenden Elektronenpaare) oder die Skelettformel. a) Geben Sie die vollständige Reaktionsgleichung für die Veresterung von Propansäure mit 1-Propanol an. b) Geben Sie die vollständige Reaktionsgleichung für die Substitutionsreaktion von Propan mit Brom unter Einwirkung von Licht an. Hierbei sollte lediglich ein H-Atom im Propanmolekül substituiert werden. c) Geben Sie die vollständige Reaktionsgleichung für die Addition von Brom an Propen an. d) Propen kann zu einem hochmolekularen Stoff polymerisieren. Geben Sie die Formel (Kettenausschnitt) des Produktes an, welches bei der Polymerisation von Propen entsteht. Gedruckt am 04.01.2011 Seite 7 von 11
9) Chemie des Lebens a) Geben Sie die Lewisformeln der beiden Aminosäuren an, aus welchen dieses Dipeptid gebildet worden ist. Bei dieser Aufgabe müssen Sie die freien Elektronenpaare nicht aufzeichnen. 2 P Lewisformeln der beiden Aminosäuren b) Ein Fett (Triglycerid) wird aus einem Molekül Glycerin (1,2,3-Propantriol) C 3 H 8 O 3 und drei Molekülen Ölsäure C 18 H 34 O 2 gebildet. Geben Sie die Molekülmasse (in den Einheiten u) des Fettes an. Die Molekülmasse des Fettes beträgt Gedruckt am 04.01.2011 Seite 8 von 11
Fächerübergreifender Teil: Polybuten Polybuten ist ein Kunststoff, der gegen Chemikalien beständig ist und beispielsweise zur Herstellung von Rohren für Warmwasserleitungen und Fussbodenheizungen verwendet wird. Je nach Herstellungsverfahren beträgt die Dichte 0.91 0.92 g/cm 3. a) Die Dichtebestimmung soll experimentell vorgenommen werden. Dazu stehen Wasser und Ethanol zur Verfügung. Die Dichte eines Ethanol-Wasser- Gemisches ändert wie folgt in Abhängigkeit des Anteils an Ethanol: Gewichtsprozent: 44 46 48 50 52 54 56 Dichte (g/cm 3 ) 0.9308 0.9266 0.9222 0.9179 0.9134 0.9089 0.9044 Tragen Sie die Werte in die untenstehende Grafik links ein und verbinden Sie die Punkte miteinander. Dichte in g/cm 3 0.940 0.930 0.920 1.05 0.96 Dicht e der Lösung in g/ cm 3 reale Wert e Gerade, berechnet aus den Wert en von 44 % und 56 % 0.910 0.87 0.900 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 Anteil Ethanol in Gewichtsprozenten 0.78 0 50 100 Massenprozennt e an Et hanol b) Zeichnet man die Dichte als Funktion des Gehaltes an Ethanol über den ganzen Bereich auf, so ergibt sich eine schwach gebogene Kurve, wie sie in der Grafik rechts dargestellt ist. Erklären Sie auf der Teilchenebene, warum die Abnahme der Dichte nicht linear erfolgen muss, wie sie anhand der Werte von 44 und 56 % gezeichnet ist. Gedruckt am 04.01.2011 Seite 9 von 11
c) Ein Assistent soll überprüfen, ob Polybuten die gewünschte Dichte von 0.918 g/cm 3 aufweist. Dazu stehen ihm unter anderem Ethanol-Lösungen mit einem Gehalt von 40 %, 50 % und 60 % (jeweils Gewichtsprozente) zur Verfügung. Was wird er beobachten, wenn er den Kunststoff in diese Lösungen gibt? 2 P Beobachtung, bei der Zugabe von Polybuten in eine Lösung mit 40 % Ethanol: Beobachtung, bei der Zugabe von Polybuten in eine Lösung mit 50 % Ethanol: Beobachtung, bei der Zugabe von Polybuten in eine Lösung mit 60 % Ethanol: Begründung: Gedruckt am 04.01.2011 Seite 10 von 11
d) Die molaren Massen von Polybuten liegen zwischen 700'000 g/mol und 3'000'000 g/mol. Wie viele Grundmoleküle 1-Buten enthalten sie demnach beim Durchschnitt mit einer Masse von 1'850'000 g/mol? Molare Masse von 1-Buten:... Berechnung der Anzahl Monomere bei einer molaren Masse von 1'850'000 g/mol: e) Wichtige Grössen für Baumaterialien sind die Längenausdehnungskoeffizienten α und die Wärmeleitfähigkeit λ.betrachtet man die Vor- und Nachteile von Kunststoffen als Werkstoffe, so findet man den Hinweis, dass sie eine hohe Wärmeschutzwirkung haben und meist nur eine geringe mechanische Festigkeit besitzen. Polybuten besitzt im Gegensatz zu vielen anderen Kunststoffen eine gute Wärmeschutzwirkung und neigt kaum zu Spannungsrissbildung. Sind dies für Polybuten als Material für Rohre von Bodenheizungen Vor- oder Nachteile? 2 P Die grosse Wärmeschutzwirkung von Polybuten ist für Rohre von Bodenheizungen [ ] ein Vorteil [ ] ein Nachteil [ ] weder ein Vor- noch ein Nachteil Begründung: Die Beständigkeit gegen Spannungsrissbildung von Polybuten ist für Rohre von Bodenheizungen [ ] ein Vorteil [ ] ein Nachteil [ ] weder ein Vor- noch ein Nachteil Begründung: f) Als Nachteil von Kunststoffen und damit auch von Polybuten wird deren Brennbarkeit erwähnt. Wie lautet die Reaktionsgleichung für die vollständige Verbrennung von 1-Buten mit Luftsauerstoff? Gedruckt am 04.01.2011 Seite 11 von 11