1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B* 10 10 10 12 10 10 10 10 8 10 100 Note: (*nur für Biologie) 1 Vorname: Matr.-Nr.: Nachname: Studiengang: Chemie und Biochemie Lehramt Chemie vertieft Musterlösung! Bitte beachten: Die hier aufgeführte Teilpunktevergabe ist nur ein Vorschlag. Daraus erwachsen keine Ansprüche! Es kommt auf die Gesamtlösung an. Lehramt Chemie nicht vertieft Biologie Pharmaceutical Sciences.. Hinweise: Nur ein Schreibwerkzeug (kein Bleistift) und ein nicht programmierbarer Taschenrechner sind erlaubt! Schreiben Sie bitte gut leserlich. Unleserliche oder mit Bleistift geschriebene Teile werden nicht gewertet. Geben Sie nachvollziehbare Lösungs- bzw. Rechenwege an. Lösungen ohne Ansätze bzw. ohne Lösungswege werden nicht gewertet. Im Anhang befinden sich ein Periodensystem, Tabelle mit Konstanten und Schmierblätter. Sämtliche Notizen auf den Schmierblättern werden nicht gewertet! Die pro Aufgabe erreichbare Punktzahl ist in [ ] Klammern angegeben (Höchstpunktzahl 100)..
1. Geben Sie die Oxidationszahlen an für: 2 (a) [2] H3PO4 P: +V 1 P O: -II 1 P (b) [1] ClO3 Cl: +V 1 P (c) [2] K3SbO3 Sb: +III 1 P K: +I 1 P (d) [1] O3 O: 0 1 P (e) [2] LiH Li: +I 1 P H: -1 1 P (f) [2] SCl2 S: +II 1 P Cl: -1 1 P Punkte 1:
2. Geben Sie für die folgenden Kombinationen jeweils die Molekülgestalt an (wenn das Molekül mehr als 2-atomig ist). Welches Molekül (oder Ion) hat jeweils die größte mittlere Bindungsordnung zwischen Zentralatom und Bindungspartner? 3 (a) [3] ICl, ICl3, ICl4 ICl ICl3 ICl4 linear kein P! T-förmig 1 P quadratisch 1 P stärkste I-Cl-Bindung 1 P (b) [4] PF3, PF5, PF6 PF3 PF5 PF6 - trigonal-pyramidal 1 P trigonal-bipyramidal 1 P oktaedrisch 1 P stärkste P-F-Bindung 1 P (c) [3] NO2 +, NO2, NO NO2 + NO2 NO linear 1 P gewinkelt 1 P linear kein P! stärkste N-O-Bindung 1 P Punkte 2:
3. Vergleichen Sie mit Hilfe von MO-Schemata die Bindungsordnungen von O2 und O2 2-. 4 (a) [8] Skizzieren Sie hierzu die MO-Schemata und benennen Sie bitte die Molekülorbitale. (Auf energetische Lage von σ b und π b achten) Je 1 P für richtige MO-Bennennung (also σ, π.) Je 1 P (jeweils bei O2 und O2 2- ) für die richtige Orbitalbesetzung mit Elektronen (b) [2] In welchem der angegebenen Moleküle ist die Bindungsordnung größer? Begründen Sie Ihre Aussage mit wenigen Stichwörtern. Sauerstoff hat größere BO (2) als Peroxid (BO 1). Peroxid-Dianion (149 pm) hat längere Bindung als O2 (121 pm) wegen Auffüllung der antibindenden Orbitale. Punkte 3:
4. [12] Schreiben Sie für das Ozon-Molekül die drei wichtigsten π-resonanzstrukturen an, ordnen Sie diese nach ihrem Gewicht und benennen Sie die Strukturen. 5 2 2 2 Benennung: Long-Bond Dewar Struktur 1 A B C Benennung: Kekule od Standard Lewis 1 Benennung: Kekule od Standard Lewis 1 Gewichtung: A > B = C 3 Punkte 4:
5. Chlor löst sich in Natronlauge unter Disproportionierung. Die Bildung der Reaktionsprodukte hängt dabei von der Temperatur ab. Geben Sie die Redoxreaktionen (mit Teilgleichungen), sowie den Namen der jeweilig gebildeten Chlorverbindung mit der höheren Oxidationsstufe an für: (a) [4] Reaktion bei +10 C 6 Cl2 + 2 e - 2 Cl Cl2 + 4 OH - 2 ClO + 2 H2O + 2 e ------------------------------------------ Cl2 + 2 OH ClO + Cl + H2O 1 P 1 P 1 P Natriumhypochlorit 1 P (b) [4] Reaktion bei +60 C (5 x) Cl2 + 2 e 2 Cl 1 P Cl2 + 12 OH 2 ClO3 + 6 H2O + 10 e 1 P ------------------------------------------ ( 2) 3 Cl2 + 6 OH 5 Cl + ClO3 + 3 H2O 1 P Natriumchlorat 1 P (c) [2] Geben Sie eine Darstellungsmethode (Reaktionsgleichung angeben) an, nach der elementares Chlor hergestellt werden kann. 2 NaCl + 2 H2O 2 NaOH + H2 + Cl2 (Elektrolyse) 2 P auch gelten lassen: oder: 2 NaCl 2 Na + Cl2 (Schmelzflußelektrolyse) oder: 2 Cl + MnO2 + 4 H3O + Mn 2+ + Cl2 + 6 H2O oder: 10 Cl + 2 MnO4 + 16 H3O + 2 Mn 2+ + 5 Cl2 + 24 H2O Punkte 5:
6. Formulieren Sie die Gleichungen für die Reaktionen von: 7 (a) [2] Schwefeldioxid mit Schwefelwasserstoff SO2 + 2 H2S 2 H2O + 3 /8 S8 2 P (b) [2] Kohlenstoffmonoxid mit Wasserdampf bei 500 C und Anwesenheit eines Katalysators H2O + CO H2 + CO2 2 P (c) [2] Natrium mit Sauerstoff 2 Na + O2 Na2O2 2 P (d) [2] Magnesium mit Kohlenstoffdioxid nach Zündung 2 Mg + CO2 2 MgO + C 2 P (e) [2] Kaliumchlorat beim Erhitzen 4 KClO3 3 KClO4 + KCl 2 P Punkte 6:
7. Bei 25 C beträgt das Löslichkeitsprodukt von Zn(OH)2 4.5 10 17. 8 (a) [2] Geben Sie die Formel für das Löslichkeitsprodukt an. L = [Zn 2+ ] [OH - ] 2 2 P auch gelten lassen: L = c(zn 2+ ) c 2 (OH - ) (b) [4] Wie hoch ist die Zn 2+ -Konzentration in einer gesättigten Lösung? (Rechenweg angeben) KL = [Zn 2+ ] [OH - ] 2 = 4.5 10 17 mit [OH - ] = 2 [Zn 2+ ] [Zn 2+ ] (2[Zn 2+ ]) 2 = 4.5 10 17 4[Zn 2+ ] 3 = 4.5 10 17 3 ([ Zn 2+ ] 3 )= 3 (4.5 10 17 /4) [Zn 2+ ] = 2.24 10 6 4 P (c) [4] Wie hoch ist die Zn 2+ -Konzentration in einer gesättigten Lösung, wenn der ph-wert 12 beträgt? (Rechenweg angeben) poh = 14 ph = 14 12 = 2 [OH - ] = 10 -poh = 10 2 = 0.01 KL = [Zn 2+ ] [OH - ] 2 = 4.5 10 17 [Zn 2+ ] [0.01] 2 = 4.5 10 17 [Zn 2+ ] = 4.5 10 17 / [0.01] 2 [Zn 2+ ] = 4.5 10-13 4 P Punkte 7:
8. Berechnen Sie (Rechenweg angeben!) die ph-werte für die Titrationskurve der Titration von 25.0 ml 0.1-molarer Ammoniaklösung (pkb = 4.7) mit 0.1-molarer Salzsäure (pks = 6) nach Zugabe von: (a) [2] 0 ml Salzsäure Die Lösung enthält: NH3 poh = 1/2(pKB log(c0/mol L 1 ) poh = ½(4.7 log(0.1)) = ½(4.7 + 1) = 2.85 ph = 14 poh = 14 2.85 = 11.15 2 P (b) [3] 5 ml Salzsäure Die Lösung enthält: NH4Cl und NH3 5.0 10 3 L 0.1 mol L 1 = 5.0 10 4 mol NH4Cl (also NH4 + ) 25.0 10 3 L 0.1 mol L 1-5.0 10 3 L 0.1 mol L 1 = 2.0 10-3 mol NH3 ph = pks lg([ha]/[a - ]) Puffergleichung ph = 9.3 lg(5 10-4 /2.0 10-3 ) = 9.90 3 P (c) [3] 25 ml Salzsäure Die Lösung enthält: NH4Cl 25.0 10-3 L 0.1mol L -1 = 2.5 10-3 mol NH4Cl in 50 ml Lösung c(nh4cl) = 2.5 10-3 mol/0.05 L = 0.05 mol L -1 NH4 + + H2O NH3 + H3O + pks = 9.3 NH4 + ist eine schwache Säure, somit: ph = ½ (pks lg c0/mol L -1 ) = ½ (9.3 lg 0.05) = 5.30 3 P (d) [2] 40 ml Salzsäure Die Lösung enthält: NH4Cl und HCl 25.0 10-3 L 0.1mol L -1 = 2.5 10-3 mol NH4Cl 40.0 10-3 L 0.1mol L -1 25.0 10-3 L 0.1mol L -1 = 1.5 10-3 mol HCl c(hcl) = 1.5 10-3 mol/0.065 L = 2.31 10-2 mol L -1 HCl ist eine starke Säure, somit: c(h3o + ) = c0(hcl) = 2.31 10-2 mol L -1 ph = lg[h3o + ] = lg(2.31 10-2 ) = 1.64 2 P 9 Punkte 8:
9. Bindungstheorie 10 (a) [4] Schreiben Sie die Termsymbole für die jeweiligen Grundzustände für folgende Atome an. Notation: Wasserstoff: Helium: (b) [4] Berechnen Sie gemäß der einfachen MO-Theorie die Bindungsordnung für die folgenden Spezies: Spezies: O2 + Be2 NO He2 He2 + H + H2 H2 - Bindungsordnung: 2,5 0 2,5 0 0,5 0,5 1 0,5 Punkte 9:
10. Silber kristallisiert kubisch-flächenzentriert, die Kantenlänge der Elementarzelle beträgt 408 pm. 11 (a) [2] Wieviele Silberatome sind in der Elementarzelle vorhanden? Z = 4 2 P (b) [2] Wieviele Tetraederlücken befinden sich in der Elementarzelle? 8 2 P (c) [2] Wieviele nächste Nachbarn hat ein Atom in dieser Kugelpackung? 12 2 P (d) [2] Welchen Atomradius hat ein Silberatom? r(ag) = ¼ a 2 = ¼ 408 2 pm = 144 pm 2 P (e) [2] Welche Dichte hat kristallines Silber? (NA = 6.022 10 23 mol 1 ) V = a 3 = 408 3 pm 3 = 6.79 10 23 cm 3 m(ag) = 4 M(Ag)/NA = 4 107.87 g mol 1 /6.022 10 23 mol 1 =7.165 10 22 g (Ag) = m(ag)/v(ag) = 7.165 10 22 g/6.79 10 23 cm 3 = 10.55 g cm 3 2 P Punkte 10:
ANHANG: 1 2 He H 1.008 4.003 Ne 3 4 5 6 7 8 9 10 F O N C B Be Li 6.941 9.012 10.811 12.011 14.007 15.999 18.998 20.180 11 12 13 14 15 16 17 18 Ar Cl S P Si Al Mg Na 22.990 24.305 26.981 28.086 30.974 32.065 35.453 39.948 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Kr Br Se As Ge Ga Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti Sc Ca K 39.098 40.078 44.956 47.867 50.942 51.996 54.938 55.845 58.933 58.693 63.546 65.409 69.723 72.64 74.922 78.96 79.904 83.798 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 Xe I Te Sb Sn In Cd Ag Pd Rh Ru Tc Mo Nb Zr Y Sr Rb 85.468 87.62 88.906 91.224 92.906 95.94 97.907 101.07 102.906 106.42 107.868 112.411 114.818 118.710 121.760 127.60 126.904 131.293 55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 Rn At Po Bi Pb Tl Hg Au Pt Ir Os Re W Ta Hf La Ba Cs 222.018 209.987 132.905 137.327 138.906 178.49 180.948 183.84 186.207 190.23 192.217 195.078 196.967 200.59 204.383 207.2 208.980 208.982 87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111 112 Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg E-Hg Fr Ra Ac 261.109 262.114 266.122 264.12 277 268.139 281 272.154 285 223.020 226.025 227.028 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 Lu Yb Tm Er Ho Dy Tb Gd Eu Sm Pm Nd Pr Ce 140.116 140.908 144.24 144.913 150.36 151.964 157.25 158.925 162.500 164.930 167.259 168.934 173.04 174.967 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 Lr No Md Fm Es Cf Bk Cm Am Pu Np U Pa Th 232.038 231.036 238.029 237.048 244.064 243.061 247.070 247.070 251.080 252.083 257.095 258.098 259.101 262.110 Quelle: CRC 86th 2005 12 Konstanten: Avogadro-Konstante NA = 6.023 10 23 mol -1 Universelle Gaskonstante R = 8.3143 J K -1 mol -1 Faraday-Konstante F = 96487 C mol -1 Atomare Masseeinheit u = 1.660277 10-27 kg
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