Lösungen zur 1. Teilklausur vom 18.09.2015

Klausur zum Vorkurs des Chemischen Grundpraktikums
WS 2015/16 vom 18.09.2015
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Note
NAME: .............................................................................
VORNAME: ..........................LÖSUNGSSTICHPUNKTE...
Pseudonym für Ergebnisveröffentlichung: ......................
Schreiben Sie bitte gut leserlich: Name und Vorname in Druckbuchstaben.
Unleserliche Teile werden nicht gewertet!
Die Bewertung der einzelnen Aufgaben ist jeweils in Klammern nach der Aufgabennummerierung angegeben; insgesamt sind 50 Punkte erreichbar. Die Klausur
gilt als bestanden, wenn 50% der erreichbaren Punkte erzielt werden.
Wichtig: 1. Schreiben Sie bitte auf jedes Blatt oben Ihren Namen.
2. Schreiben Sie nach Möglichkeit die Lösungen nur auf das Blatt der
entsprechenden Aufgabe einschließlich der Rückseite.
3. Mit Bleistift geschriebene Aufgaben werden nicht gewertet!
4. Als Hilfsmittel ist nur ein nicht programmierbarer Taschenrechner zugelassen.
5. Falls Sie Zusatzblätter benötigen, fordern Sie diese bitte an und verwenden Sie nur gekennzeichnete Zusatzblätter!
Viel Erfolg beim Lösen der Aufgaben!
Die Klausur umfasst 5 Aufgaben auf insgesamt 8 Blättern (PSE, 1 Schmierblatt als
Anhang).
Vorname:
Nachname:
2/8
1. [4] a) Reiner Kohlenstoff kann beispielsweise durch Zersetzung von Rohrzucker
(C12H22O11) erhalten werden. Dabei wird das in der Formel gebundene Wasser auf
chemischem Wege entfernt. Geben sie dafür eine Reaktionsgleichung an und
nennen Sie eine Verbindung, die geeignet ist diese Reaktion zu katalysieren.
Berechnen Sie, wie viel Gramm Kohlenstoff bei einem quantitativen Umsatz aus
500 g des Disaccharids gewonnen werden können.
C12H22O11  12 C + 11 H2O
(konzentrierte Schwefelsäure als Katalysator!)
M = 342.20 g/mol
12 x C = 144.12 g
Lösung z.B. über Dreisatz: 342.30 / 500.00 = 144.12 / x
x = 210.52 g.
1. [3] b) Vorgegeben ist uns wasserhaltiges NaOH (Ätznatron), das einen Gehalt
von 12% Wasser aufweist. Wie viel Gramm dieses Stoffes werden benötigt, um 10
Liter einer Maßlösung der Äquivalentkonzentration von c = 0.5 mol  L1 herzustellen?
Überlegung: wasserhaltiges Ätznatron bedeutet hier: 100%  12% (H2O) = 88%.
A) Wie viel Gramm NaOH (reiner Feststoff) werden benötigt, um 10 L einer 0.5 mLösung herzustellen?
M(NaOH) = 39.99 g/mol
10 L (1m) 399.90 g, für 0.5 m aber nur 199.95 g.
B) Lösung z.B. über Dreisatz:
100 g (wasserhaltig) / 88 g (rein) = x / 199.95 g.
x = 227.22 g.
Vorname:
Nachname:
3/8
1. [3] c) Welches Volumen Methanol mit einem Volumenanteil von 0.3500 (in
Wasser) können maximal aus 138.3 g reinem Methanol hergestellt werden? (Angabe des Ergebnisses in cm3). Gegeben: (MeOH) = 0.79 g  mL 1 (298.15 K).
=m/V
V = m /  = 138.3 / 0.79 [mL]
= 175 mL reines Methanol.
c [Vol%] = V / Vgem. x 100%
Vgem.= 175 mL x 100 / 35 = 500 mL = 500 cm3
1. [5] d) Im Praktikum haben Sie kennengelernt, wie Aluminium mit konzentrierter
Salzsäure reagiert. Formulieren Sie die entsprechende Reaktionsgleichung für die
u.U. heftig ablaufende Reaktion. Berechnen Sie, wie viel Liter des entstehenden
Gases hierbei maximal freigesetzt werden können (T = 273.15 K), wenn die Stoffmenge des eingesetzten Metalls n = 0.75 mol beträgt. Wie kann das freigesetzte
Gas auf einfachem Wege durch eine chemische Reaktion nachgewiesen werden?
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2 
1 mol Al ergibt 1.5 mol H2
0.75 mol entsprechen 1.125 mol H2
Vm = 22.4 L/mol; entspricht hier 25.2 L
Nachweis über Knallgasreaktion.
Vorname:
Nachname:
4/8
2. [5] a) Geben Sie die Oxidationszahlen aller Elemente in den nachfolgend aufgeführten Verbindungen an. Schreiben Sie dazu die Zahlen über die jeweiligen
Elementsymbole der Formel. Gegeben sind die relativen Elektronegativitätswerte
folgender Elemente: H, 2.2; C, 2.6; N, 3.0; O, 3.4; F, 4.0; Na, 0.9; Cl, 3.2; I, 2.7.
+I/0/I
+I/+V/II
+I/I
+III/I
0/+I/I
HOF
HClO3
NaH
NF3
CH2Cl2
+I/+II/III
III/+I
+I/II/+I
+II/I
IV/+I
HCN
NI3
HOCl
OF2
CH4
3. [5] a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Protolyse von Kaliumcyanid
in wässriger Lösung. Berechnen Sie den pH-Wert einer Lösung von KCN, wenn
eine Ausgangskonzentration des Salzes von c = 0.4 mol  L1 gegeben war. In
welcher mathematischen Beziehung stehen dabei die Werte von pKS und pKB
miteinander? Gegeben: KS = 4.8  1010 mol  L1 (298.15 K).
CN + H2O → HCN + OH
pKS + pKB = 14;
pKS (HCN) = 9.32 (aus: pKS =  lgKS)
pKB = 14  pKS = 4.68
pOH = ½(pKB  lgco) = 2.54
pH = 14  pOH = 14  2.54 = 11.46.
Vorname:
Nachname:
5/8
3. [4] b) Uns steht eine wässrige Lösung von Perchlorsäure mit dem Wert pH = 3
zur Verfügung. Durch Verdünnen mit reinem Wasser soll daraus eine Säure mit
dem pH = 4 hergestellt werden. In welchem Verhältnis ist die Verdünnung vorzunehmen? Handelt es sich bei Perchlorsäure um eine starke oder schwache Säure?
Gegeben: Der pKB-Wert des korrespondierenden Anions in verdünnter wässriger
Lösung beträgt 23.
HClO4 starke Säure, da pKs = 9.
Lösung über Mischungskreuz ergibt ein Mischungsverhältnis von Säure zu Wasser
von 1: 9.
Vorname:
Nachname:
6/8
4. [6] a) Geben Sie die Formeln für Natriumsulfit bzw. Natriumhydrogensulfit an.
Wie können diese Salzlösungen erhalten werden, wenn Ihnen Schwefeldioxid als
Ausgangstoff zur Verfügung steht? Geben Sie dazu mindestens eine Reaktionsgleichung an. Formulieren Sie nun eine Gleichung für die Reaktion von Chlor mit
Natriumsulfit-Lösung in basischem Milieu, indem Sie die Gesamtgleichung aus
Teilgleichungen herleiten.
Na2SO3 / NaHSO3; Darstellung aus Natronlauge und SO2
NaOH + SO2 → NaHSO3 bzw.:
2 NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O
Red.: Cl2 + 2 e → 2 Cl
Ox.: 2 OH + SO32 → SO42 + 2e + H2O
Redox.: Cl2 + 2 OH + SO32 → 2 Cl + SO42 + H2O.
4. [5] b) Formulieren Sie die Reaktion von Nitrat-Ionen mit elementarem Zink in
basischer Lösung aus den entsprechenden Teilgleichungen. Bei dieser Reaktion
entsteht ein gasförmiges Produkt, das mit einem mit Wasser angefeuchteten
Indikatorpapierstreifen eine basische Reaktion anzeigt.
Red.: NO3 + 8 e + 6 H2O → NH3  + 9 OH
Ox.: Zn → Zn2+ + 2e
Redox.:
│x4
NO3 + 4 Zn + 6 H2O
→ NH3  + 4 Zn2+ + 9 OH
Vorname:
Nachname:
7/8
5. [4] a) Berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration von konzentrierter (w =
0.3418;  = 1.17 g  cm3; 298.15 K) bzw. von verdünnter Salzsäure (w = 0.0700;  =
1.03 g  cm3; 298.15 K).
HCl (konz.) : 34.18 % ,  = 1.17
c = 10.97 mol/L
HCl (verdünnt) : 6.43 % ,  = 1.030
c = 1.817mol/L .
Rechnung, z.B.:
A) 34.18%: 1 L wiegt 1170 g
1170 x 0.3418 = 399.91 [g /L]
399.91
/ 36.46 = 10.97 [molar].
B) 7.00%: 1 L wiegt 1030 g
10 30 x 0.07 = 72.10 g /L
72.10 / 36.46 = 1.98 [molar].
Vorname:
Nachname:
8/8
5. [2] b) Berechnen Sie den pH-Wert einer wässrigen Lösung, die sich äquimolar
aus Essigsäure und Natriumacetat zusammensetzt. Gegeben: pKS(HOAc) = 4.75.
pH = pKS + lg [Salz] / [Säure]; pH = 4.75 + lg [NaOAc] / [HOAc]
äquimolar bedeutet Zusammensetzung z.B. 1 mol/L : 1 mol/L.
Demzufolge gilt: pH = pKS = 4.75.
5. [2] c) Berechnen Sie den pH-Wert dieser Lösung (c = 1 mol  L1), wenn 0.1 mol
Salzsäure zu einem Liter dieser Lösung zugesetzt werden.
Durch die Zugabe der Säure wird die Konzentration der Acetationen auf 0.9 mol/L
gesenkt, die der Säure allerdings auf 1.1 mol/L erhöht:
H3O+ + AcO → AcOH + H2O
pH = 4.75 + lg (0.9 mol) / (1.1 mol) = 4.66.
5. [2] d) Berechnen Sie den pH-Wert der Lösung unter (c), wenn 0.2 mol Natronlauge zu einem Liter dieser Lösung zugesetzt werden.
Durch die Zugabe der Lauge wird die Konzentration der Acetationen auf 1.2 mol/L
ansteigen, während die Konzentration der Säure auf 0.8 mol/L absinkt:
pH = 4.75 + lg (1.2 mol) / (0.8 mol) = 4.93.