LAF-Wiederholungsklausur Wintersemester 2012/13 Name/Vorname:... Matrikelnummer:... Geburtsdatum:... A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 X X X X Schreiben Sie bitte gut leserlich! Mit Bleistift geschriebene Teile werden nicht gewertet, ebenso unleserliche Teile! Schreiben Sie auf jedes Blatt Ihren Namen und Vornamen! Zusatzblätter können bei den Assistenten angefordert werden. Die Bewertung der einzelnen Aufgaben ist jeweils in Klammern angegeben. Insgesamt sind 100 Punkte erreichbar. Die Klausur gilt als bestanden, wenn wenigstens 50 Punkte erreicht werden. Das PSE ist als Hilfsmittel nicht erlaubt. Viel Erfolg beim Bearbeiten der Aufgaben!
Aufgabe 1 (20 Punkte) a) Beschreiben Sie die Zinkblende- (ZnS-) und die Diamand-Struktur (Kugelpackungen, gefüllte Lücken, Koordinationszahlen, Verknüpfung der Polyeder um die einzelnen Atome). Suchen nach einem einzelnen Symmetrieelement, und zwar nach der Inversion (Punktspiegelung, i)? Ist keine/eine oder sind beide Strukturen inversionssymmetrisch? (8P) b) Was versteht man unter einem Grenzradienverhältnis? (4P) c) Was bedeutet es für ein Salz der Zusammensetzung AB, das nichts als ionische Wechselwirkungen zwischen Kation und Anion aufweist, dass M beim Zinkblende-Typ kleiner ist als beim Natriumchlorid-Typ? (2P) d) Kaliumchlorid und Kaliumbromid kristallisieren beide im NaCl-Typ. Wie unterscheidet sich MKCl von MKBr? (2P) e) CaO kristallisiert mit fast der gleichen Gitterkonstante wie NaF im NaCl-Typ. Wie groß sollte die Gitterenergie von CaO im Vergleich zu NaF sein? (4P) 2
Aufgabe 2 (30 Punkte) a) Geben Sie die sinnvollen mesomeren Grenzformeln des Cyanid-Ions an und begründen Sie, welche das höchste Gewicht hat. (4P) b) Skizzieren Sie, wie durch die Kombination der jeweils vier Atomorbitale der Valenzschale von C und N die Molekülorbitale von CN gebildet werden (machen Sie sich dabei zuerst keine Gedanken über die Energien der Orbitale und eventueller s-p-mischungen). Zeichnen Sie die Kombination der AOs zum MO wie in diesem Bild, das Ihnen das stabilste MO (1σ) als Kombination von C(2s) und N(2s) vorgibt: (8P) C N c) Ordnen Sie nun die fertigen MOs nach ihrer Energie und füllen Sie die Valenzelektronen ein.(2p) d) So wie Sie gerade MOs durch Linearkombination von AOs gebildet haben, kann man MOs durch Linearkombination untereinander lokalisieren. Machen Sie das für die Cyanid-MOs und stellen Sie auf diese Weise den Bezug zur Lewis-Formel her.(6p) e) Cyanid bildet mit Metallen recht stabile Cyanidokomplexe wie zum Beispiel [Ni(CN)4] 2. Benennen Sie das Komplex-Anion. Welche Struktur erwarten Sie? Wenden Sie das Kristallfeldmodell an und füllen Sie die d-orbitale mit Elektronen (8P) f) Allgemein: was ist ein Donor-Ligand? (2P) 3
Aufgabe 3 (10 Punkte) 1. Eine Verbindung der Zusammensetzung C 4 H 8 O 2 liefert die unten abgebildeten 1 H und 13 C{ 1 H} NMR Spektren. Schlagen Sie eine Struktur für die unbekannte Verbindung vor, welche mit den NMR Spektren im Einklang ist. Ordnen Sie die 1 H und 13 C NMR Signale den H und C Atomen in der von Ihnen vorgeschlagenen Struktur zu und begründen Sie damit Ihre Antwort. (5 Punkte) 1 H- 13 C{ 1 H}- 4
2. Geben Sie für jede der aufgeführten Verbindungen a) die Zahl der zu erwartenden 1 H- NMR-Signale, b) das relative Integralverhältnis und c) unter Berücksichtigung möglichen 1 H, 1 H-Kopplungen für jedes Signal das Aufspaltungsmuster sowie das relative Intensitätsverhältnis der Linien an. (5 Punkte) CH3-CH2-Cl (CH3)2CH-Br 5
Aufgabe 4 (12 Punkte) Die folgende Abbildung zeigt die Röntgen-Pulverdiagramme von Kalium, Rubidium und dem Hochtemperatursupraleiter YBa2Cu3O7 x. Alle wurden mit Molybdän-Kα-Strahlung (Wellenlänge λ = 0.71 Å = 71 pm) aufgenommen. Die gezeigte 2 -Skala gilt für alle drei Diagramme. a) Ordnen Sie die Diagramme den drei genannten Substanzen zu und begründen Sie Ihre Aussage. [3] b) Welches Kristallsystem vermuten Sie bei A und B? Wie ist es definiert? [2] c) Nehmen Sie an, es werden zusätzliche Pulverdiagramme der Verbindungen gemessen, diesmal jedoch mit Kupfer-Kα-Strahlung. Welche Unterschiede und welche Gemeinsamkeiten erwarten Sie zwischen diesen Messungen und den abgebildeten Diagrammen? Kurze Begründung! [3] d) Kalium schmilzt bei etwa 64 C, Rubidium bei etwa 39 C. Welches Phasendiagramm erwarten Sie für das Zweistoffsystem Kalium-Rubidium? Skizzieren und beschriften Sie es (Phasen, Kurven, Schmelzpunkte der Reinverbindungen). [4] 6
7
Aufgabe 5 (12 Punkte) Das Hexaaquanickel(II)-Ion ist in wässriger Lösung blassgrün. (a) Warum ist die Farbe nur blass? [3] (b) Bei der Zugabe eines Ammoniaküberschusses entsteht das violette Hexaamminnickel(II)- Ion. Ist die Farbänderung zu erwarten? [3] (c) Wie lautet der Grundterm des d n -Systems in Nickel(II)? [3] (d) Wie viele Banden erwarten Sie im UV-Spektrum des Hexaamminnickel(II)-Komplexes? Kurze Begründung. [3] 8
Aufgabe 6 (8 Punkte) Im Praktikum haben Sie zwei isomere Verbindungen der Art [Co(NH3)5X]Cl2 hergestellt, in denen die Koordinationsstelle von X durch Nitrit besetzt wurde. a) Wie nennt man solche Isomere? [2] b) Benennen Sie die Komplexe. Geben Sie jeweils an, wie Nitrit an Co bindet. [2] c) Mit welcher spektroskopischen Methode können Sie die Verbindungen unterscheiden? [1] d) Welche Spektren erwarten Sie? Begründung! [3] 9
Aufgabe 7 (8 Punkte) Das IR-Spektrum von Fe(CO)5 zeigt zwei Banden. Wie können Sie daraus ableiten, dass das Molekül trigonal-bipyramidal aufgebaut ist und nicht quadratisch-pyramidal? Ausführliche Begründung! 10
11
12