2 P

Wiederholungsklausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 09.03.2015
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10

100
Note:
Vorname:
Matr.-Nr.:
Nachname:
Studiengang:
Chemie und Biochemie
Lehramt Chemie vertieft
Lehramt Chemie nicht vertieft
Musterlösung!
Bitte beachten: Die hier aufgeführte
Teilpunktevergabe ist nur ein Vorschlag.
Daraus erwachsen keine Ansprüche! Es
kommt auf die Gesamtlösung an.
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).
___
.
Wiederholungsklausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 09.03.2015
1. [10] Löslichkeitsprodukt (Rechenwege angeben!)
(a) [2] Formulieren Sie das Löslichkeitsprodukt für:
Sb2S3
KL = [Sb3+]2  [S2-]3 ½ P
PbCrO4
KL = [Pb2+]  [CrO42-] ½ P
Fe(OH)3
KL = [Fe3+]  [OH-]3 ½ P
Sr3(PO4)2
KL = [Sr2+]3  [PO43-]2 ½ P
(b) [8] Berechnen Sie mit Hilfe des Löslichkeitsproduktes welches Salz die bessere Löslichkeit
(in mol/L) aufweist. (Löslichkeitsprodukte: Ag2CO3 8.2*10-12 mol3/L3; CuCO3 2.5*10-10 mol2/L2;
Ag2S 5.5*10-51 mol3/L3; CuS 8*10-37 mol2/L2)
Ag2CO3 oder CuCO3
c2(Ag+) x c(CO32-) = 8.2x10-12 mol3/L3
c2(2 CO32-) x c(CO32-) = 8.2x10-12 mol3/L3
4 c3(CO32-) = 8.2x10-12 mol3/L3
c(CO32-) = 3(8.2x0-12/4) = 1.27x10-4 mol/l 2 P
c(Cu2+) x c(CO32-) = 2.5x10-10 mol2/L2
c(Cu2+) x c(Cu2+) = 2.5x10-10 mol2/L2
c2(Cu2+) = 2.5x10-10 mol2/L2
c(Cu2+) = (2.5x10-10) = 1.58x10-5 mol/L 2 P
Löslichkeit Ag2CO3 > CuCO3
Ag2S oder CuS
.
c2(Ag+) x c(S2-) = 5.5x10-51 mol3/L3
c2(2 S2-) x c(S2-) = 5.5x10-51 mol3/L3
4 c3(S2-) = 5.5x10-51 mol3/L3 mol3/L3
c(S2-) = 3(5.5*10-51/4) = 1.11x10-17 mol/L 2 P
c(Cu2+) x c(S2-) = 8x10-37 mol2/L2
c(Cu2+) x c(Cu2+) = 8x10-37 mol2/L2
c2(Cu2+) = 8x10-37 mol2/L2
c(Cu2+) = (8x10-37) = 8.94x10-19 mol/L 2 P
Löslichkeit Ag2S > CuS
Punkte 1:
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2. [10] Kristallstrukturen, Kugelpackungen
(a) [2] Skizzieren Sie die Elementarzelle von Kupfer.
(b) [2] Was bedeuten die für diesen Strukturtyp gebräuchlichen Abkürzungen „ccp“ und „fcc“?
ccp = cubic closest packing (kubisch dichteste Kugelpackung)
fcc = face centered cubic (kubisch flächenzentriert)
(c) [1] Berechnen Sie die Anzahl Atome pro Elementarzelle im Cu-Typ.
Z = 8 x 1/8 + 6 x ½ = 4
(d) [3] Berechnen Sie die theoretische Raumerfüllung der ccp-Kugelpackung (in %) unter
Annahme starrer, sich berührender Kugeln.
Die Raumerfüllung beträgt ca. 74 %
(e) [2] Wie groß ist die Koordinationszahl der Atome im Cu-Typ? Wie wird das auftretende
Koordinationspolyeder genannt?
Die Koordinationszahl ist CN = 12,
das Polyeder ist ein Kuboktaeder
Punkte 2:
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3. [10] 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
(b) [2] 0.01 mol Ammoniak
Die Lösung enthält: NH4Cl und HCl
0.01 mol L-1 = NH4Cl
0.1mol L-1 − 0.01 mol L-1 = 0.09 mol L-1 HCl
HCl ist eine starke Säure, somit:
c(H3O+) = 0.09 mol L-1
pH = −lg[H3O+] = −lg(0.09) = 1.05 2 P
(c) [3] 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) [3] 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
3P
pH = 9.3 − lg(0.1/0.1) = 9.30
Punkte 3:
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4. [10] Lewis-Formeln und Strukturmerkmale
Skizzieren Sie die Lewis-Formeln bzw. charakteristischen Strukturmerkmale der folgenden
Elemente bzw. Verbindungen (mit allen Valenzelektronen) und geben die jeweilige
Summenformel an:
(a) [2] Graphen
C
(b) [2] Tetraschwefeltetranitrid
S4N4
(c) [2] Phosphor(III)-oxid
P4O6
(d) [2] Peroxodisulfat
[S2O8]2-
(e) [2] schwarzer Phosphor
P oder Px (polymer).
Hier müsste eigentlich an jedem Kreuzungspunkt ein „P“ mit einem freien Elektronenpaar gezeichnet
werden. Wegen der dann unübersichtlichen Zeichnung wird aber ohne Punkteabzug darauf verzichtet.
Punkte 4:
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5. [12] Lewisformeln und Oxidationszahlen
Geben Sie die Summenformeln und die Oxidationszahlen des Zentralatoms für folgende
Moleküle bzw. Molekül-Ionen an. Skizzieren Sie zudem eine korrekte Lewis-Formel unter
Berücksichtigung sämtlicher Valenzelektronen. Beachten Sie dabei streng die Oktettregel
(auch bei Elementen der höheren Perioden).
Summenformel
Oxidationszahl
des Zentralatoms
(a) Schwefeltrioxid
SO3
+6
(b) Selentetrafluorid
SeF4
+4
(c) Hydrogensulfit
HSO3-
+4
(d) Tetrahydroborat
BH4-
+3
Lewis-Formel
je 1 P pro richtiger Antwort
Punkte 5:
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6. [8] Stoffchemie, Allgemeine Fragen
Tragen Sie in der letzten Spalte jeweils den Buchstaben der richtigen Antwort ein (A, B oder
C)
Frage
A
B
C
Flammenfärbung von
Lithium
Schmelzpunkt von
Brom
(in °C)
Welchen
Aggregatzustand
hat Schwefeldioxid
Das häufigste chem.
Element in der
Erdrinde ist...

-Bindungen...
rot
grün
blau
Ihre
Antwort
A
56 °C
-7,25 °C
356,6 °C
B
fest
flüssig
gasförmig
C
Silicium
Stickstoff
Sauerstoff
C
...sind
rotationssymmetrisch
...haben eine
Knotenebene
...spielen nur in der
organischen
Chemie eine Rolle
B
...Neutrinos
...Protonen
...Neutronen
C
...ein
Natriumsilicat/WasserGemisch
...ist sehr selten
...gefrorenes,
amorphes
Wasser
...ist ein edles
Metall
...unterkühltes
Wasser
A
...ist ein
Reduktionsmittel
B
Isotope eines
Elementes
unterscheiden sich in
der Anzahl der...
Wasserglas ist...
Kupfer...
je 1 P pro richtige Antwort
Punkte 6:
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7. [10] Elektrochemie
(a) [6] Ergänzen Sie die Skizze zum Aufbau eines Daniell-Elementes.
Aus welchen Materialien bestehen die Elektroden? 2P
Markieren Sie Anode und Kathode. 1P
Woraus bestehen die Elektrolyt-Lösungen in den beiden Halbzellen? 1P
Zeichnen Sie die Richtung des Stromflusses bei Entladung. 1P
Woraus besteht die Trennwand zwischen den Halbzellen? 1P
Anmerkung: der Verbraucher muss nicht eingezeichnet werden (und wird auch nicht gewertet!
(b) [1] Wie lautet die insgesamt ablaufende chemische Reaktion und warum läuft diese
freiwillig ab?
Zn2+ + Cu
� + Zn + Cu2+
Kupfer ist edler als Zink (Kupfer hat das höhere Standardpotential)
(c) [3] Berechnen Sie die EMK des Daniel-Elementes, wenn beide Elektrolyt-Lösungen eine
identische Konzentration von 0,1 mol/L haben. Die Standardpotentiale betragen -0,76 V bzw.
+0,35 V (bitte den beiden Elektrodenmaterialien zuordnen).
EMK = EKathode - EAnode =
E(Cu/Cu2+)0 - E(Zn/Zn2+)0 + (R·T/2·F)·ln([Cu2+]/[Zn2+]) =
0,035 V - -0,76V + 0,029V =
1,11 V + 0,0292V = 1,14V
statt (R·T/2·F)·ln([Cu2+]/[Zn2+] darf auch 0,059/n·lg([Cu2+]/[Zn2+]) benutzt weden.
Als Lösung -1,14V heißt, dass die Standardpotentiale den Matarialien nicht
korrekt zugeordnet wurden (dann: nur 2P für die Lösung)
Punkte 7:
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8. [10] Redox-Gleichungen
Stellen Sie die vollständigen Redox-Gleichungen für die folgenden Umsetzungen auf
(nur Gesamtgleichung, keine Teilgleichungen!):
(a) [2] Umsetzung von Zink mit verdünnter Salpetersäure.
2 HNO3 + Zn  Zn(NO3)2 + H2
(b) [2] Reaktion von Permanganat und Hydrogensulfit im Sauren.
2 MnO4- + 6 H3O+ + 5 HSO3-  2 Mn2+ + 9 H2O + 5 HSO4-
(c) [2] Umsetzung von Natriumhydrid mit Wasser.
NaH + H2O  NaOH + H2
(d) [2] Umsetzung von Kohlendioxid mit Wasserstoff bei hohen Temperaturen.
CO2 + H2  CO + H2O
(e) [2] Umsetzung von Chlor mit kalter verdünnter Natronlauge.
Cl2 + 2 NaOH  NaOCl + NaCl + H2O
Punkte 8:
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9. [10] Salpetersäure-Synthese
(a) [3] Stickstoffmonoxid wird industriell durch katalytische Verbrennung von Ammoniak
hergestellt. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und geben Sie den Katalysator an.
4 NH3 + 5 O2  4 NO + 6 H2O
Katalysator: Platinnetz 1 P
2P
(b) [2] Wie verbrennt Ammoniak unter normalen Bedingungen (ohne Katalysator) beim
Anzünden an Luft. Geben Sie eine Reaktionsgleichung an.
4 NH3 + 3 O2  2 N2 + 6 H2O
2P
(c) [2] Stickstoffmonoxid wird im Zuge der Salpetersäureherstellung zu Stickstoffdioxid
umgesetzt. Geben Sie eine Reaktionsgleichung an.
2 NO + O2  NO2
2P
(d) [2] Geben Sie eine Reaktionsgleichung für die Umsetzung von Stickstoffdioxid mit Wasser
an.
2P
6 NO2 + 2 H2O  4 HNO3 + 2 NO
(auch gelten lassen: 3 N2O4 + 2 H2O  4 HNO3 + 2 NO)
als Teillösung mit 1P gelten lassen: 2 NO2 + H2O  HNO3 + HNO2
(e) [1] Welche Hauptverwendung finden die Salze der Salpetersäure?
Düngemittel 1P
Punkte 9:
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10. [10] Strukturchemie
(a) [4] Geben Sie für die folgenden Moleküle (bzw. Molekülionen) jeweils die Molekülgestalt
an.
PCl5 trigonal-bipyramidal 1 P
SO2 gewinkelt 1 P
SO32- trigonal-pyramidal (auch gelten lassen: pseudo-tetraedrisch) 1 P
XeF4 quadratisch(-planar) 1 P
(b) [4] Geben Sie an, welche Spezies in den folgenden Paaren eine größere Bindungsordnung
aufweist und begründen Sie Ihre Aussage.
O 2 / O 2+
O2+ 1P
NO2 / NO2- NO2
Begründung: beispielsweise mit Lewis-Formeln oder MO-Besetzung 1P
1P
Begründung: beispielsweise mit Lewis-Formeln 1P
(c) [2] Molekülorbitale (MOs) werden eingeteilt in solche mit -, - oder -Charakter. Was ist
das entscheidende Kriterium für diese Einteilung?
-Orbitale haben keine Knotenebene (sind somit rotationssymmetrisch), -Orbitale haben 1
Knotenebene und -Orbitale haben 2 Knotenebenen.
Als Antwort reicht auch, dass -, - bzw -Orbitale jeweils 0, 1 bzw. 2 Knotenebenen
aufweisen
Punkte 10:
9.012
12
Be
6.941
11
Mg
Ca
Sr
Ba
Ra
K
Rb
Cs
Fr
Zr
Y
V
23
Cr
24
Mn
25
Fe
26
Co
27
Ni
28
Cu
29
Zn
30
B
6
C
Nb
Mo
La
Hf
Ta
W
88.906 91.224 92.906 95.94
57
72
73
74
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
Re
Ir
Mt
Os
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Pa
Th
61
62
Nd Pm Sm
60
O
9
F
Al
Si
P
S
Cl
Sb
Bi
Sn
Pb
In
As
Se
Te
74.922 78.96
51
52
Ge
Ga
Br
I
Pt
Au
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
53
54
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
8
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
Tc
N
26.981 28.086 30.974 32.065 35.453 39.948
31
32
33
34
35
36
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
7
He
4.003
10
2
10.811 12.011 14.007 15.999 18.998 20.180
13
14
15
16
17
18
5
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
38
40
44
45
48
49
50
37
39
41
42
43
46
47
Ti
22
Sc
22.990 24.305
19
20
21
Na
Li
4
H
1.008
3
1
Wiederholungsklausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 09.03.2015
ANHANG
Konstanten:
Avogadro-Konstante
NA = 6.022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
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Schmierblatt – Sämtliche Notizen auf diesem Blatt werden nicht gewertet!
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