2. Teilklausur zum Chemischen Grundpraktikum im WS 2014/15 vom 21.01.2015 A1 A2 A3 F4 R5 E6 Note 8 12 5 9 8 8 50 NAME/VORNAME:... Matrikelnummer: STICHPUNKTE ZU DEN LÖSUNGEN 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. Wichtig: 1. Überprüfen Sie zu Beginn das ausgegebene Klausurexemplar auf ordnungsgemäße Vollzähligkeit der Blätter! 2. Schreiben Sie bitte 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 6 Aufgaben auf insgesamt 10 Blättern (1 Blatt Tabelle mit Normalpotentialen und ein Schmierblatt im Anhang).
Vorname: Nachname: 2/11 1. Überprüfen Sie die Richtigkeit der folgenden Aussagen und erklären Sie die Sachverhalte. Geben Sie zudem eine entsprechende Reaktionsgleichung an, falls dies möglich ist. 1 a) [3] Magnesium reagiert mit verdünnter Salzsäure unter Bildung von Wasserstoff. Für das Element Kupfer wird diese Reaktion praktisch nicht beobachtet. Die erste Aussage ist richtig, weil Potential E 0 (Mg 2+ /Mg) mit 2.36 V sehr unedel : Mg + 2 H + Mg 2+ + H2 Die zweite Aussage ist auch richtig, es läuft keine Reaktion ab, da E 0 (Cu 2+ /Cu) mit + 0.35 V oberhalb NWE als edel anzusehen ist. 1. b) [2] Beim Versetzen einer wässrigen Kaliumiodid-Lösung mit elementarem Brom wird Iod freigesetzt. Die Zugabe von Brom zu einer wässrigen Kaliumchlorid- Lösung führt zur Freisetzung von elementarem Chlor. Die erste Aussage ist richtig, weil Potential E 0 (Br2/2Br ) = +1.07 V größer ist als Potential von E 0 (I2/2I ) mit + 0.54 V: 2 I + Br2 I2 + 2 Br Zweite Aussage ist falsch, es läuft keine Reaktion ab, da E 0 (Cl2/2Cl ) E 0 (Br2/2Br ) vgl. +1.36 V vs. 1.07 V. 1. c) [3] Wässrige Thiosulfat-Lösung reagiert mit Iod unter Entfärbung der iodhaltigen Lösung. Diese Aussage ist richtig, da elementares Iod auf Thiosulfat oxidierend wirkt und Tetrathionat bildet, vgl. E 0 (I2/2I ) = + 0.54 V und E 0 (S4O6 2 /2S2O3 2 ) = 0.17 V. I2 + 2 S2O3 2 2 I + S4O6 2 violett bzw. braun farblos.
Vorname: Nachname: 3/11 2. a) [6] Im Praktikum haben Sie eine gravimetrische Eisenbestimmung durchgeführt. Aluminium lässt sich in der gleichen Weise bestimmen: Fällung mit Urotropin; Wägeform nach Glühen bei 1300 C als -Aluminiumoxid. Formulieren Sie zunächst alle relevanten Reaktionsgleichungen für die homogene Fällung und die anschließende Veraschung. Die Auswaage einer Doppelbestimmung ergab einen Durchschnittswert von A = 0.3460 g. Wie viel Aluminium (in mg) enthielt eine 250-mL-Analysenprobe, wenn für jede Einzelbestimmung eine 50-mL-Probe zur Fällung verwendet wurde? (Relative Atommassen: Al, 26.98; O, 16.00). Urotropin-Hydrolyse: C6H12N4 + 6 H2O 6 HCHO + 4 NH3 [1] NH3 + H2O NH4 + + OH [1] Al 3+ + 3 OH Al(OH)3 (aq.) [1] 2 Al(OH)3 Al2O3 + 3 H2O (Glühen bei 1300 C), Auswaage als Al2O3. [1] Berechnung des gravimetrischen Faktors: [1] [ ] = 2 x M(Al) / M(Al2O3) = 0.5292. Berechnung des Al-Gehalts in der Probe: [1] A = 0.3460 g (in 50-mL-Probe); 0.3460 g x 0.5292 = 0.1831 g = 183.1 mg Al (in 50 ml). Gesamte Probe (250-mL-Probe): 183,1 mg x 5 = 915.5 mg Al.
Vorname: Nachname: 4/11 2. b) [6] Berechnen Sie das elektrochemische Potential von Cr VI /Cr III bei ph = 5 bzw. bei ph = 3. Zur Vereinfachung soll hierbei gelten: [Cr2O7 2 ] = [Cr 3+ ] 2. Welche Möglichkeiten gibt es, um bei einem konstantem ph-wert das Potential zu erhöhen? Cr2O7 2 + 14 H + + 6 e 2 Cr 3+ + 7 H2O + 1.33 V Es gilt die Nernst-Gleichung: E = E 0 + 0.059 / 6 x lg ([Cr2O7 2 ] [H + ] 14 ) / [Cr 3+ ] 2 Annahme: [Cr2O7 2 ] = [Cr 3+ ] 2 (s. Aufgabenstellung) E = 1.33 V + 0.059 / 6 x lg [H + ] 14 E = 1.33 V + 0.059 / 6 x 14 ( ph) Bei ph = 5: E = + 0.64 V; bei ph = 3: E = + 0.92 V. Möglichkeiten zur Potentialerhöhung (vgl. Nernst-Gleichung): Erhöhung der Konzentration an Dichromat-Ionen [1] Erhöhung der Temperatur [1]
Vorname: Nachname: 5/11 3. a) [4] Leiten Sie für eine neutrale Aminosäure die mathematische Beziehung für den Punkt her, an dem für die wässrige Lösung gilt: ph = ½ (pks1 + pks2). Puffergleichungen für beide Pufferpunkte aufstellen: Erster Pufferpunkt (z.b. Titration aus saurer Lösung): ph = pks1 + lg ([HA] / [H2A + ]) Umformen in: lg[h2a + ] = ph + pks1 + lg [HA] Zweiter Pufferpunkt ph = pks2 + lg ([A ] / [HA]) Umformen in: lg[a ] = ph pks2 + lg [HA] Am phip gilt: [H2A + ] = [A ], also Gleichsetzen beider Beziehungen und Umformen: phip + pks1 + lg [HA] = phip pks2 + lg [HA] Woraus folgt: phip = ½ (pks1 + pks2). 3. b) [1] Wie wird dieser Punkt genannt, und welche Aussagen können zur Beweglichkeit der Ionen im elektrischen Feld in diesen Lösungen gemacht werden? isoelektrischer Punkt (phip), keine Ionenbeweglichkeit im elektrischen Feld zu beobachten.
Vorname: Nachname: 6/11 Farben [9] a) [1] Sortieren Sie die folgenden Farben nach ihrer Wellenlänge: Grün, Rot, Blau, und Gelb. Beginnen Sie mit der kleinsten Wellenlänge. b) [5] Skizzieren Sie den experimentellen Aufbau zur Messung des Fluoreszenzspektrums einer flüssigen Probe. Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Wellenlänge des absorbierten Lichts und des Fluoreszenzlichts eines Farbstoffmoleküls? c) [3] Eine Probe habe die optische Dichte OD = 1,3. Wie viel Prozent der eingestrahlten Intensität werden transmittiert, wie viel Prozent werden absorbiert?
Vorname: Nachname: 7/11 Reaktionskinetik [8] a) [3] Ein radioaktiver Stoff zerfällt mit einer Halbwertszeit von t1/2 = 15 Stunden. Wie groß ist demnach die Geschwindigkeitskonstante des Zerfalls? Wieviel Prozent des Stoffes sind nach 50 Stunden noch vorhanden? Es handelt sich hierbei um eine Reaktion erster Ordnung. b) [5] Bei der Untersuchung der Reaktion A B erhält man folgende Messwerte: t [s] 0 3 6 9 ca [mol/l] 20,00 8,13 3,31 1,34 Bestimmen Sie daraus die Reaktionsordnung und die Geschwindigkeitskonstante k der Reaktion (Einheit angeben!).
Vorname: Nachname: 8/11 Reaktionskinetik Lösung Aufgabe b) - Fortsetzung:
Vorname: Nachname: 9/11 Elektrochemie [8] a) [4] Betrachten Sie eine galvanische Zelle bestehend aus den Halbelementen Zn 2+ /Zn und Cu 2+ /Cu. 1. Schreiben Sie die Nernst-Gleichung für diese Zelle auf. 2. Bestimmen Sie die Nernstspannung für diese Zelle bei Raumtemperatur (298,15 K) wenn jeweils eine Konzentration der Zinkionen von 10-4 mol/l und eine Konzentration der Kupferionen von 10-2 mol/l in der Lösung vorliegen. Verwenden Sie die Zahlenwerte RT/F = 0.026 V (bei 298.15 K) oder 2.3 RT/F = 0.059 V (bei 298.15 K).
Vorname: Nachname: 10/11 b) [4] Betrachten Sie die folgende Elektrolytreihe: HCl CH3COOH NaCl. 1. Für welche Elektrolyte würden Sie bei gleicher Konzentration (0.01 mol/l) die höchste und die niedrigste molare Leitfähigkeit erwarten? Kennzeichnen Sie die ausgewählten Elektrolyte eindeutig. 2. Welchem der oben ausgewählten Elektrolyte würden Sie die folgenden Verläufe für die molare Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Konzentration zuordnen?
Vorname: Nachname: 11/11 Anhang: Ausgewählte Normalpotentiale (bei 25 C, saure Lösung) Halbreaktion E 0 /Volt Mg 2+ + 2 e Mg 2.36 Zn 2+ + 2 e Zn 0.76 S4O6 2 + 2 e 2 S2O3 2 0.17 2 H + + 2 e H2 0.00 Cu 2+ + 2 e Cu + 0.34 I2 + 2 e 2 I + 0.54 Br2 + 2 e 2 Br + 1.07 O2 + 4 H + + 4 e 2 H2O + 1.23 MnO2 + 4 H + + 2 e Mn 2+ + 2 H2O + 1.23 Cr2O7 2 + 14 H + + 6 e 2 Cr 3+ + 7 H2O + 1.33 Cl2 + 2 e 2 Cl + 1.36 Au 3+ + 3 e Au + 1.50 MnO4 + 8 H + + 5 e Mn 2+ + 4 H2O + 1.51 Au + + e Au + 1.69 MnO4 + 4 H + + 3 e MnO2 + 2 H2O + 1.70 H2O2 + 2 H + + 2 e 2 H2O + 1.78 S2O8 2 + + 2 e 2 SO4 2 + 2.01