1 P

1
Klausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 20.02.2017
Klausur B
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).
___
.
Klausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 20.02.2017
Klausur B
1. Geben Sie alle Oxidationszahlen an für:
(a) [1] O2+
O: +1/2 1 P
(b) [2] S2O32S: +II 1 P
O: -II 1 P
(c) [2] NO2+
N: +V 1 P
O: -II 1 P
(d) [2] NaAlH4
Na: +I 1 P
H: -I 1 P
(e) [2] AsF6As: +V 1 P
F: -I 1 P
(f) [1] PO33P: +III 1 P
Achtung:
-1 P (einmalig) , wenn die gradzahligen Oxidationsstufen in arabischen Zahlen angegeben
wurden)
Punkte 1:
2
3
Klausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 20.02.2017
Klausur B
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+
O
+
N
O 1P
linear 1 P
(b) [2] N3−
1 P eine Grenzstruktur ist ausreichend
Linear
1P
(c) [2] PF5
1 P eine Grenzstruktur ist ausreichend
gewinkelt 1 P
(d) [2] SiO44−
1P
tetraedrisch 1 P
(e) [2] NO3−
1P
Trigonal-planar 1 P
Punkte 2:
4
Klausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 20.02.2017
Klausur B
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.
Mg
Nr. 1
NaCl
x
-rhomboedr. Bor
x
CsCl
Nr. 2
CaO
x
Diamant
x
He
Nr. 1
ZnS (Zinkblende)
Nr. 4
Na
x
Bi
x
(4)
(5)
1 P pro Antwort
Punkte 3:
5
Klausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 20.02.2017
Klausur B
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
Brom
flüssig
gasförmig
X
Ammoniumbromid
X
weißer Phosphor
X
Schwefeldioxid
X
Oleum
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:
Brom:
Rotbraun / (rot)
Graphit:
schwarz
Lackmus im Sauren:
rot
Ozon (Gas):
farblos
Phenolphthalein im Sauren:
farblos
Permanganat MnO4- :
violett
Bleisulfid:
schwarz
Ultramarin (Lapis Lazuli):
blau
BaSO4:
farblos
AgCl (frisch gefällt):
farblos
½ P pro richtige Antwort
Punkte 4:
6
Klausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 20.02.2017
Klausur B
5. Elektrochemie
a.) [5] Ergänzen Sie die Skizze zum Aufbau einer elektrochemischen Konzentrationskette mit
dem Redoxpaar Ag/Ag+ mit den beiden Konzentrationen c1 = 0,1 mol/L und c2 = 0,01 mol/L:
was ist der Elektrolyt in den beiden Zellen? Benennen Sie Kathode und Anode und zeichnen
Sie c1 und c2 sowie die Richtung des Stromflusses ein.
Je 1 P für die Benennungen (Salzbrücke wird ja in (b) gefragt!
b.) [1] Wie wird der Stromkreislauf geschlossen? Zeichnen Sie das verwendete Bauteil ein und
benennen Sie es.
Salzbrücke mit KNO3 1 P
c.) [2] Formulieren Sie die Teilreaktionen an der Anode und Kathode.
Ag  Ag+ + e- (Oxidation, Anode) 1 P
Ag+ + e-  Ag (Reduktion, Kathode) 1 P
d.) [1] Wie lautet die Nernst-Gleichung für jede Halbzelle?
EAg/Ag+ =E0 + 0,059(log c(Ag+)) 1 P
e.) [1] Berechnen Sie die auftretende Spannung in der o.a. Konzentrationskette?
EAg/Ag+ =0,059(log 0,01 – log 0,1) = -0,059 V
trigonal-pyramidal 1 P
Punkte 5:
7
Klausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 20.02.2017
Klausur B
6. Formulieren Sie die Gleichungen für die Reaktionen von:
(a) [2] weißem Phosphor mit Sauerstoff
P4 + 5 O2  P4O10
2P
(b) [2] Sauerstoff mit Ammoniak nach Zündung
4 NH3 + 3 O2  2 N2 + 6 H2O
2P
(c) [2] Magnesium mit Stickstoff nach Zündung
3 Mg + N2  Mg3N2
2P
(d) [2] Natriumoxid mit Kohlenstoffdioxid
Na2O + CO2  Na2CO3
2P
(e) [2] Kohlenstoffmonoxid mit Wasserdampf bei 500 °C und Anwesenheit eines Katalysators
H2O + CO  H2 + CO2
2P
Punkte 6:
8
Klausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 20.02.2017
Klausur B
7. [10] Stellen Sie die vollständigen Redox-Gleichungen für die folgenden Umsetzungen auf
(nur Gesamtgleichung, keine Teilgleichungen!):
a.) Oxidation von kaliumnitrit mit Permanganat im Sauren
5 NO2- + 2 MnO4- + 6 H3O+  5 NO3- + 2 Mn2+ + 9 H2O
2P
b.) Disproportionierung von Chlor in Natronlauge bei Raumtemperatur
Cl2 + 2 NaOH  NaCl + NaOCl + H2O
2P
c.) Thermische Zersetzung von Stickstoffmonoxid bei > 400 °C
2 NO  N2 + O2
2P
d.) Umsetzung von Kohle mit Wasser bei 900 °C
C + H2O  CO + H2
2P
e.) Umsetzung von Thiosulfat mit Iod
2 S2O3- + I2  S4O62- + 2 I-
2P
Punkte 7:
9
Klausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 20.02.2017
Klausur B
8. pH-Wert-Berechnungen.
In 1 L 0.1-molare Salzsäure wird Ammoniak eingeleitet (Volumenänderung ist vernachlässigbar;
pKB(NH3) = 4.7. Berechnen Sie (Rechenweg angeben!) die pH-Werte nach Zugabe von:
(a) [2] 0 mol Ammoniak
HCl ist eine starke Säure, somit:
c(H3O+) = c0(HCl) = 0.1 mol L-1
pH = −lg[H3O+] = −lg(0.1) = 1 2 P
(c) [4] 0.1 mol Ammoniak
Die Lösung enthält: NH4Cl
c(NH4Cl) = 0.1 mol L-1
NH4+ + H2O
NH3 + H3O+
pKS = 14- pKB = 9.3
NH4+ ist eine schwache Säure, somit:
pH = ½ (pKS − lg c0/mol L-1) = ½ (9.3 − lg 0.1) = 5.15 3 P
(d) [4] 0.2 mol Ammoniak
Die Lösung enthält: NH4Cl und NH3
0.1 mol L−1 NH4Cl (also NH4+)
0.1 mol L−1 NH3
pH = pKS − lg([HA]/[A-]) Puffergleichung
4P
pH = 9.3 − lg(0.1/0.1) = 9.30
Punkte 8:
Klausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 20.02.2017
Klausur B
9. Bei 25 °C beträgt das Löslichkeitsprodukt von PbS 7.010−29.
(a) [4] Wieviel Pb2+-Ionen (Anzahl!) enthalten 250 mL einer gesättigten Lösung?
KL = [Pb2+]  [S2-] = 7.010−29 1 P mit [S2-] = [Pb2+]
[Pb2+]  [Pb2+] = 7.010−29
[Pb2+]2 = 7.010−29
2
([Pb2+]2)= 2(7.010−29)
[Pb2+] = 8.3610−15 1 P
n(Pb2+) = 8.3610−15 molL-1 x 0.25 L = 2.0910−15 mol 1 P
N(Pb2+) = n(Pb2+) x NA = 2.0910−15 mol x 6.0231023 mol-1
= 1.25109 1 P
(b) [4] In einem Liter der gesättigten PbS-Lösung werden 39.0 g Natriumsulfid aufgelöst
(Volumenänderung vernachlässigbar). Wieviel Pb2+-Ionen (Anzahl!) enthält die Lösung ?
c(S2-) = 39.0 g /78.0 gmol-1 /1 L = 0.5 molL-1 1 P
KL = [Pb2+]  [S2-] = 7.010−29 1 P mit [S2-] = 0.5 molL-1
[Pb2+]  0.5 = 7.010−29
[Pb2+] = 7.010−29 / 0.5 = 1.4x10-28
n(Pb2+) = 1.410−28 molL-1 x 1 L = 1.410−28 mol 1 P
N(Pb2+) = n(Pb2+) x NA = 1.410−28 mol x 6.0231023 mol-1
=8.4310-5 1 P
(c) [2] Das Löslichkeitsprodukt von PbCO3 beträgt 1.510−15. Zu einem Liter einer gesättigten
PbS-Lösung werden 100 ml 0.1 molare Na2CO3-Lösung hinzugegeben. Fällt hierbei ein
Feststoff aus? (mit Begründung)
Nein. Löslichkeitsprodukt von PbS ist kleiner
2P
Punkte 9:
10
11
Klausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 20.02.2017
Klausur B
10. Industrielle Verfahren: Schwefelsäureherstellung:
a) [6] Erläutern Sie an Hand von Reaktionsgleichungen (ohne Reaktionsbedingungen/Katalysatoren), wie man in der Technik in einem mehrstufigen Prozess, dem sog.
Kontakt-Verfahren, Schwefelsäure ausgehend von elementarem Schwefel gewinnt.
1/8 S8 + O2  SO2
2P
2 SO2 + O2  2 SO3
2P
SO3 + H2O  H2SO4
2P
Auch gelten lassen: S + O2  SO2
b) [2] Für einen der Reaktionsschritte benötigt man einen Katalysator. Erläutern Sie kurz
(stichpunktartig!), warum ein Katalysator erforderlich ist und geben Sie an, ob die von Ihnen
genannten Aspekte thermodynamischer oder kinetischer Natur sind. Welcher Katalysator wird
verwendet?
Katalysator: V2O5 1
P
Begründung: exotherme Reaktion (Thermodynamik)
½ P
Schnellere Gleichgewichtseinstellung (Kinetik)
½ P
c) [2] Ein Großteil der Schwefelsäure wird zur Herstellung von Phosphorsäure benötigt.
Formulieren Sie die Gleichung zur Herstellung der sogenannten Aufschlussphosphorsäure.
Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4  3 CaSO4 + 2 H3PO4 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 B
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

Download Report