Abitur 2000 Chemie Gk Seite 1 Hinweise für den Schüler

Abitur 2000 Chemie Gk
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Hinweise für den Schüler
Aufgabenauswahl:
Von den 2 Prüfungsblöcken A und B ist einer auszuwählen.
Bearbeitungszeit:
Die Arbeitszeit beträgt 210 Minuten, zusätzlich stehen 30 Minuten
für die Wahl des Prüfungsblockes zur Verfügung.
Hilfsmittel:
- nicht programmierbarer Taschenrechner
- Tafelwerk, das an der Schule verwendet wird
- Duden oder ein Nachschlagewerk zur Neuregelung der deutschen
Rechtschreibung
Sonstiges:
ten
gaben-
Die chemische Zeichensprache und die chemischen Gesetzmäßigkeisind in angemessener Form anzuwenden, auch wenn es die Aufstellung nicht unmittelbar fordert.
Die Lösungen sind in sprachlich einwandfreier Form darzustellen.
Für Berechnungen sind die Tabellen des Anhangs zu nutzen.
Der Lösungsweg muß erkennbar sein.
Die Ergebnisse der Berechnungen sind in einem sinnvollen Antwort-
satz
zu formulieren.
Benötigte Chemikalien und Geräte sind schriftlich anzufordern.
Entwürfe können ergänzend zur Bewertung nur herangezogen werden,
wenn sie zusammenhängend konzipiert sind und die Reinschrift etwa
Dreiviertel des erkennbar angestrebten Gesamtumfangs entspricht.
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Block A
Reaktionen in wässrigen Lösungen
1.
Wichtige Größen für wässrige Lösungen sind das Ionenprodukt des Wassers und
der pH-Wert.
1.1 Leiten Sie das Ionenprodukt des Wassers aus der Reaktionsgleichung für die
Autoprotolyse des Wassers ab!
1.2 Bei 500C beträgt das Ionenprodukt des Wassers KW = 5,6 · 10-14 mol2 · l-2.
Berechnen Sie die Konzentration der Hydronium-Ionen in reinem Wasser!
Geben Sie an, welche Reaktion (sauer, basisch oder neutral) das Wasser bei dieser Temperatur zeigt! Begründen Sie!
1.3 Berechnen Sie für folgende Lösungen die pH-Werte:
- Natriumhydroxidlösung
c = 0,15 mol · l-1;
- Ethansäurelösung
c = 0,15 mol · l-1!
1.4 Begründen Sie, warum nur die Säurekonstante und nicht der pH-Wert geeignet
ist, die Säuren nach ihrer Stärke zu ordnen!
1.5 Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Reaktion von Ethansäure mit
Wasser und erläutern Sie daran die Säure-Base-Theorie von Brönsted einschließlich des Begriffs „korrespondierende Säure-Base-Paare“!
1.6 Zu einer Ethansäurelösung mit dem pH-Wert 4 wird festes Natriumacetat
(CH3COONa) gegeben. Dabei verändert sich der pH-Wert der Lösung.
Erklären Sie diese Tatsache!
2.
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.3
2.3.1
2.3.2
2.4
2.4.1
2.4.2
2.5
Die elektrochemische Spannungsreihe ist ein wichtiges Hilfsmittel für qualitative und quantitative Betrachtungen.
Welche Aussagen sind mit Hilfe der Spannungsreihe über das Verhalten verdünnter starker Säuren gegenüber Metallen möglich?
Das Standardelektrodenpotential von Nickel soll experimentell ermittelt werden.
Erläutern Sie eine mögliche Versuchsdurchführung anhand einer Skizze!
Beschreiben Sie die chemischen Vorgänge an der Oberfläche des Nickelblechs
vor dem Schließen des Stromkreises!
Erklären Sie die auftretende Spannung zwischen der Nickelelektrode und der
von Ihnen ausgewählten Bezugselektrode!
Auspuffanlagen an Kraftfahrzeugen bestehen häufig aus verzinktem Stahlblech.
Erläutern Sie mit Hilfe von Teilgleichungen den Korrosionsvorgang, der bei
Oberflächenbeschädigung an verzinkten Stahlblechen auftreten kann!
Entscheiden Sie, ob es günstiger wäre, die Auspuffanlage mit Nickel zu überziehen!
Unterirdische Rohrleitungen aus Eisen können vor Korrosion geschützt werden,
indem die Rohrleitung mit dem Minuspol einer Gleichspannungsquelle verbunden wird. Als Anode kann billiger Eisenschrott verwendet werden.
Erklären Sie, warum die Rohrleitung nicht korrodiert!
Erläutern Sie die Elektrodenreaktion an der Anode!
Nutzen Sie dabei Ihre Kenntnisse vom Aufbau der Metalle!
Zwischen einer Nickelhalbzelle (c= 0,2 mol · l-1) und einer Zinkhalbzelle (Minuspol) wurde eine Spannung von 0,5 V ermittelt.
Berechnen Sie die Konzentration der Zink-Ionen!
13 BE
(2 BE)
(2 BE)
(3 BE)
(1 BE)
(3 BE)
(2 BE)
18 BE
(1 BE)
(4 BE)
(2 BE)
(1 BE)
(3 BE)
(1 BE)
(1 BE)
(2 BE)
(3 BE)
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3.
3.1
3.2
3.3
Experiment
Sie erhalten Zinksulfat-, Chlorwasserstoff-, Silbernitrat- und Kupfersulfatlösung.
Identifizieren Sie die Lösungen allein mit Hilfe der Metalle Kupfer und Zink!
Protokollieren Sie die Beobachtungen in Form einer Tabelle!
Geben Sie an, welche Lösung sich in welchem Gefäß befand, und begründen Sie
Ihre Entscheidung!
Formulieren Sie für die Reaktion, an der Chlorwasserstoff beteiligt ist, die Reaktionsgleichung in Ionenschreibweise!
Bestimmen Sie den vorliegenden Reaktionstyp und begründen Sie die Zuordnung!
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9 BE
(3 BE)
(3 BE)
(3 BE)
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Block B
Stoff- und Energieumwandlungen am Beispiel organischer Verbindungen mit zwei
Kohlenstoffatomen
In der folgenden Übersicht sind wichtige Zusammenhänge zwischen Kohlenstoffverbindungen mit zwei Kohlenstoff-Atomen im Molekül dargestellt:
Ethan
Ethen
Ethin
Ethanol
Ethanal
Ethansäure
Ethansäureethylester
1.
1.1
1.2
2.
2.1
2.2
3.
3.1
3.2.
3.3
Weil die im Schema dargestellten Reaktionen überwiegend umkehrbar sind,
können die Stoffe je nach Bedarf und vorhandenen Rohstoffen auseinander hergestellt werden.
Formulieren Sie Reaktionsgleichungen für die Reaktion von Ethanol zu Ethen
und für die Reaktion von Ethanol zu Ethanal!
Man kann diese Reaktionen unter Verwendung der Katalysatoren Aluminiumoxid bzw. Kupfer durchführen. Dabei entstehen aus den gleichen Ausgangsstoffen je nach Katalysator unterschiedliche Reaktionsprodukte.
Begründen Sie diese Tatsache mit einer allgemeinen Eigenschaft von Katalysatoren!
Ethin kann man durch Reaktion von Wasser mit Calciumcarbid (CaC2 ) herstellen.
Experiment
Stellen sie mit den vorliegenden Geräten und Chemikalien (im Reagenzglas mit
Ansatz befindet sich nasse Glaswolle) Ethin her, und fangen Sie es pneumatisch
auf! Weisen Sie die Mehrfachbindung nach und überprüfen Sie die Brennbarkeit
des Ethins!
Geben Sie nach der Reaktion zu dem verbliebenen Rückstand auf der Glaswolle
einige Tropfen Unitestlösung! Werten Sie die Beobachtungen unter Verwendung
der chemischen Zeichensprache aus!
Berechnen Sie den prozentualen Masseanteil des Kohlenstoffs im Ethin!
In Brasilien wird Ethanol aus Zuckerrohr gewonnen und in großen Mengen als
Vergaserkraftstoff eingesetzt.
Stellen Sie die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Ethanol zu Kohlendioxid und Wasser auf!
Berechnen Sie die bei 3.1. auftretende molare Volumenarbeit bei 600 0 C und
Normaldruck in kJ · mol-1! Bei diesen Bedingungen beträgt das molare Volumen
von Gasen Vm = 71,6 l · mol-1!
Begründen Sie ohne Berechnungen, daß diese Reaktion unabhängig von der
Temperatur freiwillig abläuft!
3 BE
(2 BE)
(1 BE)
10 BE
(8 BE)
(2 BE)
6 BE
(1 BE)
(3 BE)
(2 BE)
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4.
4.1
4.2.
5.
5.1
5.2
5.3
6.
6.1
6.2
6.3
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Ester sind als Duft- und Geschmacksstoffe von Bedeutung. Viele davon werden
auch synthetisch hergestellt, wobei sich chemische Gleichgewichte einstellen.
Berechnen Sie die Stoffmengen aller Reaktionspartner im Gleichgewicht, wenn
ein Gemisch aus 2 mol Ethanol, 2 mol Ethansäure und 1 mol Wasser zur Reaktion gebracht wird!
Die Gleichgewichtskonstante beträgt Kc = 6.
Wie wirkt sich eine Verminderung der Stoffmenge des Wassers vor der Reaktion
unter sonst gleichen Bedingungen auf die Stoffmenge des Esters im Gleichgewicht aus?
Begründen Sie!
7 BE
(6 BE)
(1 BE)
Die Salze der Essigsäure (Ethansäure) sind die Acetate (Ethanate).
Natriumacetat wird in Wasser gelöst. Formulieren Sie dazu die Protolysegleichung und interpretieren Sie diese mit der Säure-Base-Theorie nach Brönsted!
Berechnen Sie die Konzentration einer Natriumacetatlösung mit dem pH = 9 !
Ein Gemisch aus Essigsäure und Natriumacetatlösung wirkt als Puffer.
Definieren Sie diesen Begriff und erläutern Sie die Pufferwirkung bei Zugabe
von Natriumhydroxidlösung bzw. Chlorwasserstoffsäure!
9 BE
(3 BE)
Ethen und Chlor sind Ausgangsstoffe für die Herstellung von PVC. Chlor gewinnt man durch Elektrolyse einer wässrigen Natriumchloridlösung.
Formulieren Sie die Teilgleichung für die Anodenreaktion!
Berechnen Sie die Elektrizitätsmenge in kAh, die zur Produktion von 1000 m3
Chlor (Normzustand) erforderlich ist, wenn die Stromausbeute 90% beträgt!
Begründen Sie, warum bei dieser Elektrolyse an der Kathode kein Natrium entstehen kann!
5 BE
(2 BE)
(4 BE)
(1 BE)
(3 BE)
(1 BE)
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Standardelektrodenpotentiale
Element/Verbindung
oxidierte Form
Blei
Pb2+(aq) + 2 ePbO2(s) + 4 H+(aq) + 2 eChlor
Cl2(g) + 2 eEisen
Fe2+(aq) + 2 eFe3+(aq) + eKupfer
Cu2+(aq) + 2 eMangan
MnO4- (aq) + 8 H+(aq) + 5 eNatrium
Na+(aq) + eNickel
Ni2+(aq) + 2 eSauerstoff
O2 (g) + 2 H2O(l) + 4 eO2 (g) + 4 e- + 4 H+(aq)
Silber
Ag+(aq) + eStickstoff
NO3-(aq) + 4 H+(aq) + 3 eWasserstoff
2 H+(aq) + 2 e2 H2O(l) + 2 eZink
Zn2+(aq) + 2 e-
• reduzierte Form E° in V
- 0,13
• Pb(s)
2+
1,46
• Pb + 4 H2O
1,36
• 2Cl-(aq)
- 0,41
• Fe(s)
2+
0,77
• Fe (aq)
0,35
• Cu(s)
1,51
• Mn2+(aq) + 4 H2O(l)
- 2,71
• Na(s)
- 0,23
• Ni(s)
0,40
• 4 OH (aq)
1,23
• 2 H2O(l)
Ag
0,80
• (s)
0,96
• NO(g) + 2 H2O(l)
0,00
• H2(g)
- 0,83
• H2(g) + 2 OH-(aq)
- 0,76
• Zn(s)
Hinweis: Die Elektrodenpotentiale sind alphabetisch nach Elementen geordnet.
Thermodynamische Daten
Formel
Ammoniak
Chlor
Chlorwasserstoff
Distickstofftetraoxid
Ethanol
Hydronium-Ionen
Hydroxid-Ionen
Kohlendioxid
Kohlenmonoxid
Methan
Nonan
Salpetersäure
Sauerstoff
Schwefeldioxid
Schwefeltrioxid
Stickstoffdioxid
Wasser
Wasser
Wasserstoff
Wasserstoff-Ionen
NH3
Cl2
HCl
N2O4
C2H5OH
H3O+
OHCO2
CO
CH4
C9H20
HNO3
O2
SO2
SO3
NO2
H2O
H2O
H2
H+
molare Standard- molare StandardZustand Bildungsenthalpie
entropie
-1
-1
0
0
-1
.
'BH m in kJ mol S m in J.K .mol
g
- 46
192
g
0
223
g
- 92
187
g
9
304
g
- 235
283
aq
- 286
70
aq
- 230
- 11
g
- 393
214
g
- 111
198
g
- 75
186
l
- 275
394
l
- 174
156
g
0
205
g
- 297
248
g
- 396
257
g
33
240
g
- 242
189
l
- 286
70
g
0
131
aq
0
0
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Säurekonstanten und Basekonstanten bei 22° C
Formel der
Formel der Säure
Säurekonstante
-1
Base
KS in mol ˜ l
7
HCl
1,0 · 10
O2H2SO4
1,0 · 103
NH2H3O+
5,5 · 101
OH1
HNO3
2,1 · 10
PO43HSO41,2 · 10-2
CO32H3PO4
7,5 · 10-3
NH3
-5
CH3COOH
1,8 · 10
HPO42-7
H2CO3
3,0 · 10
HCO3H2PO46,2 · 10-8
CH3COONH4+
5,6 · 10-10
H2PO4-11
HCO3
4,0 · 10
SO42HPO422,2 · 10-13
H2O
H2O
1,8 · 10-16
Cl-
Löslichkeitsprodukte bei 25°C
Name
Formel
Bariumsulfat
BaSO4
Calciumphosphat
Ca3(PO4)2
Calciumsulfat
CaSO4
Eisen(II)-sulfid
FeS
Kupfer(II)-sulfid
CuS
Magnesiumhydroxid Mg(OH)2
Silberbromid
AgBr
Silberchlorid
AgCl
Silberiodid
AgI
Normbedingungen:
Basekonstante
KB in mol ˜ l -1
1,0 · 1010
1,0 · 109
5,5 · 101
4,5 · 10-2
2,5 · 10-4
1,8 · 10-5
1,6 · 10-7
3,3 · 10-8
5,6 · 10-10
1,3 · 10-12
8,3 · 10-13
1,8 · 10-16
1,0 · 10-21
Zahlenwert
1 · 10-10
2 · 10-29
2 · 10-5
5 · 10-18
6 · 10-36
1 · 10-11
5 · 10-13
2 · 10-10
8 · 10-17
Tn = 273 K;
Einheit
mol2 · l-2
mol5 · l-5
mol2 · l-2
mol2 · l-2
mol2 · l-2
mol3 · l-3
mol2 · l-2
mol2 · l-2
mol2 · l-2
pn = 101,3 kPa
1
( pK s lg{c0 [ HA]})
2
m(H 2 O) ˜ c p (H 2 O) ˜ 'T
molare Reaktionsenthalpie (Kalorimetergleichung): ' R H m = n
-1
c p (H 2 O) = 4,19 J ˜ K ˜ g -1
pH-Wert mittelstarker bis sehr schwacher Säuren:
Faradaysches Gesetz: I ˜ t
Nernst-Gleichung:
E
n˜ F˜ z
Faraday-Konstante: F
c (Ox)
0 0,059 V
E ˜ lg
z
c(Red)
Gibbs-Helmholtz-Gleichung:
pH
oder
'G
E
9, 65 ˜ 104 A ˜ s ˜ mol 1
0 0,059 V
z+
˜ lg c (Me
E )
z
'H T ˜ 'S