1 P

1
Klausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 20.02.2017
Klausur A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
B*

100
Note:
(*nur für Biologie, Lehramt)
Vorname:
Matr.-Nr.:
Nachname:
Musterlösung!
Studiengang:
Chemie und Biochemie
Lehramt Chemie vertieft
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).
.
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Klausur A
1. Geben Sie alle Oxidationszahlen an für:
(a) [2] NO+
N: +III 1 P
O: -II 1 P
(b) [1] SO32S: +1/4 1 P
(c) [2] AsF3
As: +III 1 P
F: -I 1 P
(d) [1] S82+
S: +II 1 P
(e) [2] NaBH4
B: +III 1 P
H: -I 1 P
(f) [2] AlCl3
Al: +III 1 P
Cl: -I 1 P
Achtung:
-1 P (einamig), wenn die gradzahligen Oxidationsstufen in arabischen Zahlen angegeben
wurden)
Punkte 1:
2
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Klausur A
3
2. Zeichnen Sie die Lewisformeln mit allen Valenzelektronen an allen Atomen und geben Sie
die Gestalt der Moleküle (bzw. Ionen) an für:
(a) [2] NO2−
1P
eine Grenzstruktur ausreichend
gewinkelt 1 P
(b) [2] O3−
1P
gewinkelt 1 P
(c) [2] XeF4
1P
quadratisch-planar 1 P
(d) [2] PCl3
1P
trigonal-pyramidal 1 P
(e) [2] ClF3
1P
T-förmig 1 P
Punkte 2:
4
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Klausur A
3. [10] Im Folgenden sind die Kristallstrukturen einiger Verbindungen bzw. Elemente gezeigt.
Unterschiedlich große oder verschieden gefärbte Kugeln symbolisieren unterschiedliche
Atomsorten. Ordnen Sie die in der Tabelle angegebenen Verbindungen bzw. Elemente den
dargestellten Strukturen zu (Nummern in Tabelle eintragen!). Nicht alle angegebenen
Verbindungen bzw. Elemente können den Strukturen zugeordnet werden. Tragen Sie bei
diesen Verbindungen/Elementen ein x ein.
(1)
(2)
(3)
Verbindung/Element
Struktur-Nr.
TiO2 (Rutil)
Nr. 3
XeF2
x
(graues) -Sn
Nr. 5
NaCl
Nr. 2
Diamant
Nr. 5
Pb
Nr. 1
CaF2
Nr. 4
Cu
Nr. 1
CaO
Nr. 2
Sb
x
(4)
(5)
1 P pro Antwort
Punkte 3:
5
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Klausur A
4. Stoffeigenschaften
a.) [5] Kreuzen Sie an, welchen Aggregatzustand die folgenden Stoffe bei
Normalbedingungen (20°C) haben (Falsche Antworten in dieser Teilaufgabe führen zum
Punkteabzug!):
fest
Ammoniumchlorid
flüssig
X
Kohlendioxid
X
Quecksilber
Phosphorpentoxid
gasförmig
X
X
Schwefelhexafluorid
X
1 P pro richtige Antwort, Punkteabzug bei falscher Antwort!
(Sollten bei dieser Teilaufgabe insgesamt Minuspunkte rauskommen, wird als
Gesamtpunktzahl 0P gerechnet)
b.) [5] Geben Sie die Farben der folgenden Elemente, Verbindungen bzw. Ionen an:
PbCrO4:
gelb (frisch gefällt) oder rot als
Mineral
Na gelöst in reinem flüssigem
NH3 (niedrige Konzentration):
blau
Mn2+ in Lösung:
farblos
Cadmiumsulfid:
gelb
Singulett-Sauerstoff:
farblos
PbSO4:
farblos
Phenolphthalein im Basischen:
rot
S3- :
blau
Lackmus im Basischen:
blau
Stickstoff(IV)-oxid (Gas):
braun
½ P pro richtige Antwort
Punkte 4:
6
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Klausur A
5. Elektrochemie
a.) [4] Ergänzen Sie die Skizze zum Aufbau des Blei-Akkus: Aus welchen Materialien sind die
Elektroden und der Elektrolyt? Zeichnen Sie die Richtung des Stromflusses ein und geben
die Reaktionsgleichung des Elektrolyten an. Benennen Sie Kathode und Anode.
Je 1/2 P für die Benennungen, jedoch 1½ P für die Reaktionsgleichung
b.) [3] Formulieren Sie die beiden Teilreaktionen an Anode und Kathode sowie die
ablaufende Gesamtreaktion für die Entladung.
Pb + SO42 PbSO4 + 2e- 1P
PbO2 + 4 H+ + SO42- + 2 e-  PbSO4 + 2 H2O 1P
Gesamtreaktion: Pb + PbO2 + 2 H2SO4  2 PbSO4 + 2 H2O 1P
c.) [1] Wie kann der Ladezustand eines Bleiakkus durch eine einfache Messung (nicht
elektrochemisch!) überprüft werden?
Dichtemessung der Schwefelsäure. Durch den Verbrauch der Schwefelsäure beim
Entladen nimmt die Dichte der Lösung ab. 1 P
d.) [1] Die elektrochemischen Standardpotentiale im Bleiakku sind E0(Pb2+/Pb) = -0,13 V und
E0(PbO2/Pb2+) = +1,46 V. Erläutern Sie kurz, warum beim Aufladen des Blei-Akku am
negativen Pol eigentlich Wasserstoff (H2) entstehen müsste.
Das Potential von Pb2+/Pb ist negativer als das von Wassserstoff. Es müßte also eher
H2 entstehen als elementares Blei. 1 P
e.) [1] Warum wird beim Laden des Bleiakkus dennoch Blei am negativen Pol gebildet und
Wasserstoff erst abgeschieden, wenn die Spannung nach Beendigung des Ladevorgangs
weiter ansteigt?
Wegen der Überspannung von Wasserstoff an Blei. 1 P
Punkte 5:
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Klausur A
7
6. Formulieren Sie die Gleichungen für die Reaktionen von Wasser mit:
(a) [2] N2O5
H2O + N2O5  2 HNO3
2P
(b) [2] NaH
H2O + NaH  NaOH + H2
2P
(c) [2] Kohlenmonoxid (bei 500 °C in Anwesenheit eines Katalysators)
H2O + CO  CO2 + H2
2P
(d) [2] Wasserdampf mit Mg
H2O + Mg  MgO + H2
2P
(e) [2] Na2O2
2 H2O + Na2O2  2 NaOH + H2O2
2P
Punkte 6:
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Klausur A
7. [10] Stellen Sie die vollständigen Redox-Gleichungen für die folgenden Umsetzungen auf
(nur Gesamtgleichung, keine Teilgleichungen!):
a.) Umsetzung von verdünnter Salpetersäure mit Zink
2 HNO3 + Zn  Zn(NO3)2 + H2
2P
b.) Thermische Zersetzung von Ammoniumnitrat bei > 200 °C
NH4+NO3-  N2O + 2 H2O
2P
c.) Disproportionierung von Dicyan in Natronlauge
(CN)2 + 2 NaOH  NaCN + NaNCO + H2O
2P
d.) Umsetzung von Kohlendioxid mit Wasserstoff bei 900 °C
CO2 + H2  Co + H2O
2P
e.) Auflösen von Silicium in heißer Natronlauge
Si + 2 NaOH + H2O  Na2SiO3 + 2 H2
2P
Punkte 7:
8
9
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Klausur A
8. pH-Wert-Berechnungen.
In einem Kolben werden 25 mL 0.2-molarer Natriumacetatlösung und 25 mL 0.2 molarer
Essigsäure vorgelegt (pKS(Essigsäure) = 4.7), gerührt und mit 0.1-molarer Natronlauge
titriert. Berechnen Sie (Rechenweg angeben!) die pH-Werte für die Titrationskurve nach
Zugabe von:
(a) [3] 0 mL Natronlauge
Die Lösung enthält: NaOAc und HOAc
c(NaOAc) = 0.1 mol L-1 1/2 P
c(HOAc) = 0.1 mol L-1 1/2 P
Puffergleichung:
pH = pKS − lg([HA]/[A-]) 1 P
pH = 4.7 − lg(0.1/0.1) = 4.70 1 P
(b) [4] 50 mL Natronlauge
Die Lösung enthält: NaAc
c(NaOAc) = 0.1 mol L-1 1P
HOAc + OH- pKB = 14- pKS = 9.3
Ac- + H2O
Ac- ist eine schwache Base, somit: 1P
pOH = ½ (pKB − lg c0/mol L-1) = ½ (9.3 − lg 0.1) = 5.15 1P
pH = 14 – pOH = 14 – 5.15 = 8.85 1P
(b) [3] 450 mL Natronlauge
Die Lösung enthält: NaOAc und NaOH
c(NaOAc) = 0.02 mol L-1 1/2 P
c(NaOH) = 0.08 mol L-1 1/2 P
Der pH-wert wird von der starken Base dominiert, somit:
pOH = − lg(c[OH-]) = − lg(0.08 mL) = 1.10 1P
1P
pH = 14 − pOH = 14 − 1.10 = 12.9
Punkte 8:
10
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Klausur A
9. Bei 25 °C beträgt das Löslichkeitsprodukt von Bi2S3 1.610−72.
(a) [3] Wie hoch ist die Bi3+-Konzentration einer gesättigten Lösung?
KL = [Bi3+]2  [S2-]3 = 1.610−72 1 P mit [S2-] = 3/2 [Bi3+] 1 P
[Bi3+]2  (3/2 [Bi3+])3 = 1.610−72
27/8 [Bi3+]5 = 1.610−72
[Bi3+]5 = 1.610−72  8/27 = 4.7410−73
5
([Bi3+]5) = 5(4.7410−73)
[Bi3+] = 3.4310−15 1 P
(b) [4] In einem Liter der gesättigten Bi2S3-Lösung werden 7.8 g Natriumsulfid aufgelöst
(Volumenänderung vernachlässigbar). Wie hoch ist die Bi3+−Konzentration?
M(Na2S) = 223.0 gmol-1 + 32.0 gmol-1 = 78.0 gmol-1
c(S2-) = 7.8 g /78.0 gmol-1 /1 L = 0.1 molL-1 1 P
KL = [Bi3+]2  [S2-]3 = 1.610−72 1 P mit [S2-] = 0.1 molL-1
[Bi3+]2  0.13 = 1.610−72
[Bi3+]2 = 1.610−72 / 0.13 = 1.610-69
[Bi3+]2 = 1.610−72 / 0.13 = 1.610-69
[Bi3+] = 2(1.610−69) = 4.010−35 2 P
(c) [3] Das Löslichkeitsprodukt (bei 25 °C) von CuS beträgt 8.010−37. Ist die
Metallionenkonzentration in einer gesättigten CuS-Lösung höher als in einer gesättigten
Bi2S3-Lösung? (Antwort mit Begründung).
KL = [Cu2+]  [S2-] = 8.010−37 1 P mit [S2-] = [Cu2+]
[Cu2+]  [Cu2+] = 8.010−37
[Cu2+]2 = 8.010−37
2
([Cu2+]2)= 2(8.010−37)
[Cu2+] = 8.9410−19 1 P
Antwort: nein 1 P
Punkte 9:
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Klausur A
11
10. Industrielle Verfahren: Haber-Bosch-Verfahren:
a) [2] Geben Sie die Reaktionsgleichung für die technische Ammoniak-Synthese nach dem
Haber- Bosch-Verfahren an.
N 2 + 3 H2
2 NH3 2 P
b) [3] Wie müssen Temperatur und Druck eingestellt werden (möglichst hoch oder möglichst
niedrig?), um das Gleichgewicht auf die Seite des Produkts zu verschieben? Begründen Sie
Ihre Antwort (Stichpunkte!) und benennen Sie das zu Grunde liegende Prinzip.
Temperatur: niedrig
Begründung: exotherme Reaktion 1
P
Druck: hoch
Begründung: GG-Verschiebung durch Teilchenminimierung 1
Prinzip: Prinzip des kleinsten Zwangs
P
1P
c) [2] Welcher Katalysator wird verwendet? Was ist seine Funktion und warum ist er
erforderlich?
Katalysator: Eisen 1
P
Funktion: Senkung der Aktivierungsenergie 1
P
d) [3] Mit welchem Verfahren kann man ausgehend von Ammoniak Stickstoffmonoxid
herstellen? Geben Sie den Namen des Verfahrens und die Reaktionsgleichung an.
Name: Ostwald-Verfahren 1
P
Reaktionsgleichung:
4 NH3 + 5 O2  4 NO + 6 H2O 2 P
Punkte 10:
9.012
12
Be
6.941
11
Mg
Ca
Sr
Ba
Ra
K
Rb
Cs
Fr
Hf
La
Au
Pt
Ir
Mt
Os
Hs
Re
In
Cd
Ag
Pd
Rh
Ru
W
Nb
Zr
C
Si
Ge
Ta
88.906 91.224 92.906 95.94
57
72
73
74
Rf
Db
Sg
Bh
Pa
Th
61
62
Nd Pm Sm
60
N
8
O
9
F
P
S
Cl
As
Se
Sb
Bi
Sn
Pb
Te
74.922 78.96
51
52
Br
I
Hg
Tl
Ar
Kr
Xe
Ds
Eu
63
Gd
64
268.139 281
Rg E-Hg
Tb
65
Dy
66
272.154 285
Ho
67
Er
68
Po
At
Np
Pu
Am Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Rn
Tm
69
Yb
70
Lu
71
208.980 208.982 209.987 222.018
Md
No
Lr
Quelle: CRC 86th 2005
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
U
Ne
79.904 83.798
54
53
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
Pr
59
Ce
58
223.020 226.025 227.028 261.109 262.114 266.122 264.12 277
Ac
7
97.907 101.07 102.906 106.42 107.868 112.411 114.818 118.710 121.760 127.60 126.904 131.293
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
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
104
105
106
107
108
109
110
111
112
87
88
89
85.468 87.62
55
56
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
37
39
41
42
43
46
47
38
40
44
45
48
49
50
Y
Tc
Ga
30
Zn
29
Al
Cu
28
6
26.981 28.086 30.974 32.065 35.453 39.948
31
32
33
34
35
36
Ni
27
B
He
4.003
10
2
10.811 12.011 14.007 15.999 18.998 20.180
13
14
15
16
17
18
5
Co
26
Mo
25
Fe
Cr
Mn
24
V
23
Ti
22
Sc
22.990 24.305
19
20
21
Na
Li
4
H
1.008
3
1
Klausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 20.02.2017
Klausur A
ANHANG:
Konstanten:
Avogadro-Konstante
NA = 6.0231023 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
12

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