Matur EF 2009 Gesamtversion definitiv a ohne Lösungen

-1GYMNASIUM MUTTENZ
MATURITÄTSPRÜFUNGEN 2009
FACH: Chemie
TITEL EF: „Alltags Chemie“
Examinatorin: Claire Benkert
Experte: Markus Schudel
Bitte lesen Sie die folgenden Hinweise sorgfältig durch bevor Sie mit dem Lösen der
Aufgaben beginnen.
→ Für jede Aufgabe benützen Sie bitte ein neues Blatt.
→ Sie bekommen 4 Aufgabenthemen. In jedem Thema können aber die anderen Themen vertreten
sein!
→ Lassen Sie am rechten Rand 3 cm für Korrekturen frei (mit Lineal abgrenzen)
→ Antworten Sie in kurzen Sätzen und drücken Sie sich unmissverständlich aus. Unpräzise
Antworten haben einen Punkteabzug zur Folge.
→ Ordnen Sie Ihre Antworten eindeutig zu.
→ Schreiben Sie nicht mit Bleistift, und streichen Sie Ungültiges vollständig durch. Ungültige
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→
Lösungsversuche von Aufgaben markieren Sie mit einem Querstrich über das ganze Blatt (keine
Klammern!).
Alle Lösungswege müssen vollständig und nachvollziehbar sein.
Begründen Sie alle Ihre Antworten.
Geben Sie, wenn immer möglich oder nötig, eine korrekte Reaktionsgleichung an, resp. korrekte
Formeln und Namen der Substanzen.
Ich erwarte immer Reaktionsgleichungen und / oder Strukturformeln (falls vertretbar auch
Skelettformeln), falls sie für das Begründen Ihrer Aussagen wichtig /nötig sein könnten.
Bei allen Berechnungen muss der Lösungsweg klar ersichtlich sein. Resultate ohne Lösungsweg
zählen nicht. Bei den Zwischenschritten und Resultaten sind die richtigen Einheiten anzugeben.
Unterstreichen Sie bitte alle Rechnungsresultate.
Die Genauigkeit der Rechenergebnisse sollte 4 signifikante Stellen umfassen.
Unleserliches wird nicht korrigiert und demzufolge auch nicht bewertet.
Die Reinschrift ist oben rechts mit Name und R zu bezeichnen.
Am Ende der Prüfung sind Aufgabenblatt, Reinschrift und sämtliche Notizen ebenso wie das
Tabellenheft abzugeben.
Ich wünsche Ihnen viel Erfolg!
Taschenrechner mit gelöschtem Speicher
Tabellen und Formeln für die Chemie
Molekülmodelle
Die erreichbaren Punktzahlen sind angegeben.
Hilfsmittel:
Maximale Punktzahl:
Die Note 6 erreicht man mit:
Erreichte Punktzahl:
Note (auf Zehntelnote gerundet):
Note:
120 P
100 P
……………..Punkte
……………..
……………..
-2-
Protolyse-Reaktionen (Total 39 Pt)
1. Die Kalkbestimmung im Labor (Total 8 Pt).
Sie wollen den Kalkgehalt (in %) einer Gesteinsprobe bestimmen. Hierzu werden 20g
Gestein mit 300 ml einer 1mol/L HCl übergossen. Anschliessend wird die
überschüssige Salzsäure mit 100 ml einer 1mol/L NaOH rücktitriert.
M(CaCO3) = 100 g/mol.
1.1.Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen (2Pt).
1.2.Berechnen Sie den prozentualen Kalkgehalt der Gesteinsprobe (6Pt).
2. Pufferlösungen (Total 17 Pt).
Ameisensäure (Methansäure = HCOOH) ist eine in der Natur, z.B. in Ameisen und
Brennnesseln, vorkommende organische einprotonige Säure, die in konzentriertem
Zustand eine stark ätzende Wirkung besitzt.
2.1.Formulieren Sie für die Protolyse von Ameisensäure in wässriger Lösung eine
Reaktionsgleichung mit Strukturformeln (oder Halbstrukturformeln) und das
Massenwirkungsgesetz (die Säurekonstante Ks) (2Pt).
2.2.Berechnen Sie den pH-Wert (ohne Näherung) einer Ameisensäure-Lösung (pKs
= 3,7) der Stoffmengenkonzentration co=0,01 mol/Liter (2Pt).
2.3.Gibt man zur Ameisensäure-Lösung der Stoffmengenkonzentration co=0,01
mol/Liter eine Portion Natriumformiat (Natriumsalz der Ameisensäure= HCOONa), so
ändert sich der pH-Wert und die Lösung erhält Puffereigenschaften.
Welche wichtige Eigenschaft hat eine Pufferlösung? (1Pt)
Erklären Sie die puffernde Wirkung der entstandenen Lösung (2Pt).
Überlegen Sie sich dabei welche Reaktionen stattfinden bei Zugabe einer „fremden“
Säure (z.B. HCl also H3O+-Ionen) bzw. bei Zugabe einer „fremden“ Base (z.B. NaOH
also OH- -Ionen).
Formulieren Sie zu dieser Pufferwirkung die Reaktionsgleichungen (1Pt).
-3-
3. In 1 Liter der wässrigen Ameisensäure-Lösung mit der Stoffmengenkonzentration
co=0,01 mol/Liter gibt man 0,1 mol Natriumformiat (NaHCOO). Die Volumenänderung
kann vernachlässigt werden.
3.1.Formulieren Sie die Pufferformel für den Ameisensäure/Formiat-Puffer (1Pt).
3.2.Berechnen Sie mit Hilfe der Pufferformel den pH-Wert dieser Pufferlösung (2Pt).
3.3.Berechnen Sie den neuen pH-Wert nach Zugabe von 10 ml einer Salzsäure der
Stoffmengenkonzentration 0,1 mol/L (4Pt).
3.4.Wie würden Sie vorgehen, um einen Ameisensäure /Formiat-Puffer mit pH = 3,7
herzustellen? (2Pt)
4. Die Titrationskurve einer Natriumacetat-Lösung (Total 14 Pt)
100ml einer Natriumacetat-Lösung (NaCH3COO(aq), pKB (CH3COO-) = 9,2) der
Stoffmengenkonzentration 0,1 mol/l werden mit einer Salzsäure (HCl(aq)) der
Stoffmengenkonzentration 0,2 mol/L titriert.
4.1.Formulieren Sie für die Protolyse von Natriumacetat in wässriger Lösung eine
Reaktionsgleichung mit Strukturformeln (oder Halbstrukturformeln). Lassen Sie dabei
die „Zuschauer-Ionen“ weg (1Pt).
4.2.Formulieren Sie die Basenkonstante KB(CH3COO-) und berechnen Sie deren
Wert (2Pt).
4.3.Berechnen Sie den pH-Wert dieser Natriumacetat-Lösung (4Pt).
4.4.Formulieren Sie die Neutralisationsgleichung für die Reaktion von Natriumacetat
mit Salzsäure (1Pt). Lassen Sie die „Zuschauer-Ionen“ weg.
4.5.Berechnen Sie wie viel ml Salzsäure zugegeben werden müssen bis zum
Äquivalenzpunkt (2Pt).
4.6.Berechnen Sie den pH-Wert der Lösung beim Äquivalenzpunkt (4Pt).
-4-
Fette (Total 30 Pt)
5. Ölsäure (cis-9-Octadecensäure, C18H34O2) schmilzt bei 16°C, Stearinsäure
(Octadecansäure, C18H36O2) bei 71,5°C.
Zeichnen Sie die Skelettformel (4 Pt) beider Moleküle und erklären Sie den
Unterschied anhand des Molekülbaus beider Fettsäuren (4 Pt).
6. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Hydrierung der Ölsäure
(Skelettformel) (2 Pt).
Wie heisst das Reaktionsprodukt dieser Hydrierung (1 Pt)t ?
Welcher chemische Vorgang läuft bei dieser Reaktion ab (2 Pt?
7. Die Bestimmung der Iodzahl.
7.1.Was wird als Iodzahl bezeichnet (2 Pt)?
Worauf beruht die Bestimmung der Iodzahl (2 Pt)?
7.2.Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Reaktion einer Fettsäure Ihrer
Wahl mit Brom (mit Struktur- oder Skelettformeln) (2 Pt).
7.3.250 g eines Fettes reagieren mit 10 g Brom. Berechnen Sie die Iodzahl des Fetts
(5Pt).
8. Bei Überhitzung von Fett bildet sich Acrolein, das einfachste ungesättigte
Alkanal.
8.1.Geben Sie für die beiden funktionellen Gruppen des Acroleins je eine
Nachweisreaktion an (4 Pt).
8.2.Benennen Sie die organischen Reaktionsprodukte nach der IUPAC-Nomenklatur.
(2 Pt)
-5-
Kohlenhydrate (Total 33 Pt)
9. Bei den Monosacchariden kann zwischen Aldosen und Ketosen unterschieden
werden.
Wodurch unterscheiden sich die beiden Zuckerarten strukturell?
Zeichnen Sie für je eine Aldose und eine Ketose ihrer Wahl eine Strichformel
(Skelettformel) (2 Pt).
10. Die meisten Monosaccharide liegen nicht bloss in einer offenkettigen Form vor,
sondern auch in einer zyklischen Form, die keine Aldehydgruppen mehr tragen. Sie
kommt dadurch zustande, dass eine Hydroxyl- Gruppe des Moleküls intramolekular
mit der Carbonyl- Gruppe reagiert. Die offene und die geschlossene Form stehen in
einem Gleichgewicht, in wässriger Lösung liegt die offene, aldehydtragende Form zu
ca. 1% vor.
Vervollständigen Sie mit den zwei geschlossenen Formen (2 Pt).
H
H
1
C
2
C
3
HO C
H
4
C
5
H C
6
H C
O
OH
H
OH
OH
OH
H
11. Der Fehling-Test.
11.1.Bei den Monosacchariden haben Sie im Labor den sogenannten Fehling-Test
durchgeführt. Dabei haben Sie festgestellt, dass die Glucose auf die Fehlingsche
Lösung reduzierend wirkt. Woher rührt dies (2 Pt)?
11.2.Welches Ergebnis erwarten Sie, wenn man die Saccharose einem Fehling-Test
unterzieht? Geben Sie eine Begründung an (2 Pt)!
11.3.Sie erhitzen die Saccharose zusammen mit Säure.
Wie fällt der anschliessende Fehling-Test aus (1 Pt)?
Begründen Sie Ihre Aussage (2 Pt).
-6-
12. Stärke
Stärke ist keine einheitliche Verbindung. Man unterscheidet zwischen einer
wasserlöslichen und einer wasserunlöslichen Form.
12.1.Wie sind die Einheiten der Stärkemoleküle miteinander verknüpft (2 Pt)?
12.2.Wie heissen die zwei Formen der Stärkemoleküle (2 Pt)? Wie unterscheiden
sich die beiden Formen in ihrer Struktur (4 Pt)?
13. Glykogen
Wir besitzen ein Energie-Speichersystem in den Leber- und Muskelzellen: Glykogen.
13.1.Vergleichen Sie die Strukturen von Stärke und Glykogen (2 Pt)?
Wodurch unterscheiden sich diese Strukturen (2 Pt)?
13.2.Der Mensch kann Kohlenhydrate als Glykogen speichern. Den grössten Teil
unserer Energie speichern wir jedoch in Fetten. Warum speichern wir Menschen die
meiste Energie nicht in Form von Kohlenhydraten? Erläutern Sie (2 Pt).
14. Cellulose
Die Naturfasern der Pflanzen sind aus langen und gleichlaufenden Cellulosemolekülen aufgebaut.
14.1.Wie sieht die Struktur der Cellulose aus (2 Pt)?
14.2.Warum ist Cellulose nicht wasserlöslich und so fest, was ihre Funktion als Stützund Gerüststoff erklärt (4 Pt)?
14.3.Durch welche Kräfte werden die Makromoleküle zusammengehalten (2 Pt)?
-7-
Chiralität, Enantiomerie, Fischer-Projektion,
D/L-Konfiguration, optische Aktivität
(Total 18 Pt)
Nicht vergessen, Sie dürfen den Modellbaukasten benützen.
15. Ein Kohlenstoffzentrum mit vier verschiedenen Substituenten nennt man
Chiralitätszentrum. Enthält ein Molekül ein C-Atom, das vier verschiedene Liganden
hat, so sind zwei stereoisomere Moleküle möglich. Zeigen das an einem Beispiel
Ihrer Wahl. Zeichnen Sie die Moleküle mit der Keil-Strich-Formel (2 Pt).
16. Zwei Moleküle, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten, nennt man
Enantiomere. Sie können aber nicht zur Deckung gebracht werden, sondern nur
durch eine Spiegelung ineinander überführt werden.
In welcher Hinsicht unterscheiden sich die beiden reinen Enantiomere? Erläutern Sie
(4 Pt).
17. Ein Gemisch mit gleichen Anteilen von Molekülen eines Enantiomerenpaares wird
als racemisches Gemisch bezeichnet. Sind racemische Gemische optisch aktiv?
Erläutern Sie (2 Pt).
18. Die Fischer-Projektion ist eine Methode, die Raumstruktur einer chiralen
chemischen Verbindung eindeutig zweidimensional abzubilden.
Zeichnen Sie D-Glycerinaldehyd in der Fischer-Projektion und zeigen Sie wo sich
das Chiralitätszentrum befindet (2 Pt).
H
HO
H
3
OH
2
1
H
Projektion
D-Glycerinaldehyd
H
O
-8-
19. Sind die folgenden Strukturen chiral?
Ist dies der Fall, so zeichnen Sie jeweils räumliche Strichformeln der beiden
Enantiomere (4 Pt).
Butansäure
Propan-1,2-diol
Glycin
Alanin
20. Ergänzen
nzen Sie die folgende Tabelle (4 Pt).
Keil-Strich-Form
Fischer-Projektion
D- oder L- Name der
Form ?
Verbindung
COOH
H
OH
Milchsäure
CH3
O
OH
OH
Milchsäure