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Wiederholungsklausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 21.03.2013
1
2
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5
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8
9
10
10
10
10
8
10
10
10
10
10
12

100
Note:
Vorname:
Matr.-Nr.:
Nachname:
Studiengang:
Chemie und Biochemie
Lehramt Chemie vertieft
Musterlösung!
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).
___
.
Wiederholungsklausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 21.03.2013
1. [10] Kristallstrukturen, Kugelpackungen
a.) [2] Skizzieren Sie die Elementarzelle von Kupfer.
b.) [½ + ½] 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.) [2] 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
f.) [2] Geben Sie an, welche der folgenden Elemente ebenfalls im Cu-Typ kristallisieren?
(Punkteabzug bei falschen Antworten wird verrechnet mit Gesamtpunktzahl dieser Aufgabe)
Na – Mg – B – Al – Si – Pb – Ne – -Fe – Au – As
Ebenfalls im Cu-Typ kristallisieren die rot markierten Elemente Al, Pb, Ne u. Au
Na – Mg – B – Al – Si – Pb – Ne – -Fe – Au – As
Punkte 1:
Wiederholungsklausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 21.03.2013
2. [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 2:
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3. [10] pH-Wert-Berechnungen (Rechenwege angeben!)
a) [3] Berechnen Sie den pH-Werte von 25.0 mL 0.1-molarer Salpetriger Säure (pKs = 3.4)
nach Zugabe von 25.0 mL 0.1-molarer Natronlauge.
Die Lösung enthält: NaNO2
c(NaNO2) = 0.05 mol L-1
NO2- + H2O
HNO2 + OH-
pKB = 14- pKS = 10.6 1P
NO2- ist eine schwache Base, somit:
pOH = ½ (pKB − lg c0/mol L-1) = ½ (10.6 − lg 0.05) = 5.95 1P
pH = 14 – pOH = 14 – 5.95 = 8.05 1P
b) [3] In 1 L 0.1-molarer Natronlauge wird Kohlenstoffdioxid eingeleitet (Volumenänderung ist
vernachlässigbar; pKS(H2CO3) = 6.4; pKS(HCO3−) = 10.3). Berechnen Sie den pH-Wert nach
Zugabe von 0.05 mol Kohlenstoffdioxid.
Die Lösung enthält: Na2CO3 mit c0 = 0.05 mol/L;
=> CO32- ist eine schwache Base
pKB(CO32−) = 14 - pKS(HCO3−) = 14 - 10.3 = 3.7 1P
pOH = ½ (pKB − lg c0/mol L-1) = ½ (3.7 − lg 0.05) = 2.50 1 P
pH = 14 - pOH = 14 - 2.50 = 11.5 1 P
c) [2] Berechnen Sie den pH-Wert einer 0.1 molaren NaHCO3-Lösung (pKS(H2CO3) = 6.4;
pKS(HCO3−) = 10.3).
HCO3- ist ein Ampholyt
HCO3- + H2O
CO32- + H3O+
HCO3 + H2O
H2CO3 + OHpH = ½ {pKS(HCO3-) + pKS(H2CO3)} 1 P
pH = ½ {10.3 + 6.4} = 8.35 1 P
d) [1] Berechnen Sie den pH-Wert einer 0.01-molaren Lösung einer schwachen organische
Säure, die zu 6% dissoziiert vorliegt.
c(HA) = 0.01 mol L-1
HA- + H2O
A- + H3O+  = 0.0006
+
=> c(A ) = c(H3O ) = 0.0006 mol L-1
pH = − lg (c(H3O+)/mol L-1)) = -lg (0.0006) = 3.2 1 P
e) [ ½ + ½] NaH2PO4 ist, in Wasser gelöst, ein Ampholyt. Geben Sie an (Formel):
Korrespondierende Säure zu H2PO4-: H3PO4 ½ P
Korrespondierende Base zu H2PO4-: HPO4- ½ P
Punkte 3:
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4. [8] 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] Schwarzer Phosphor (nur topologische Zeichnung ohne freie Elektronepaare)
hier müsste ja eigentlich jedes P ein freies Elektronenpaar
tragen, wegen der unübersichtlichen Zeichnung wird aber ohne Punkteabzug darauf
verzichtet!
P oder Px (polymer)
Punkte 4:
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5. [10] Geben Sie die Summenformeln und die Gesamtzahl der Valenzelektronen folgender
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). Beschreiben Sie stichpunktartig die Koordination
des Zentralatoms durch seine Nachbarn (z. B. gewinkelt, tetraedrisch).
Summenformel
Gesamtzahl
Valenzelektronen
Lewis-Formel
Koordination des
Zentralatoms
(z. B. gewinkelt,
tetraedrisch)
a.) Ozonid
O 3-
19
gewinkelt
b.) Xenon(IV)fluorid
XeF4
36
quadratisch
planar
c.) Phosphorpentafluorid
(Gasphase)
PF5
40
trigonal
bipyramidal
d.) Azid
N3-
16
linear
e.) Thiosulfat
S2O32-
32
tetraedrisch
je ½ P pro richtiger Antwort
Punkte 5:
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6. [10] Tragen Sie in der letzten Spalte jeweils den Buchstaben der richtigen Antwort ein (A, B
oder C). Falsche Antworten führen zum Punkteabzug in dieser Aufgabe:
Frage
A
B
C
Flammenfärbung von
Natrium
rosa
gelb
blau
Ihre
Antwort
B
28 °C
-79 °C
326 °C
A
0,53
1,42
4,65
A
farblos
grün
blau
C
NO + CS2
H2 + CS2
N2H4 + CS2
A

-Al2O3
SiO2
CO2
A
...die
Siedepunktserniedrigung
von Wasser
...Baseanhydride
...die Entkalkung
von Wasser
A
...Säure-anhydride
C
Schmelzpunkt von
Cäsium
(in °C)
Dichte von LithiumMetall (in g/cm3)
Farbe einer
verdünnten Lösung
von Na in flüssigem
Ammoniak
Welches
Gasgemisch wurde
in der Vorlesung
beim Experiment
„Bellender Hund“
gezündet?
Welche Verbindung
hat den höchsten
Schmelzpunkt?
Eine wichtige
praktische
Anwendung von
Hydrazin ist...
Oxide von
Nichtmetallen sind...
Clemens Winkler hat
welches Element
entdeckt?
Zink...
...die Entfernung von
Sauerstoff in
Wasserdampf-anlagen
...immer gasförmig
Ga
Ge
Gd
B
...existiert in einer
metallischen und einer
nichtmetallischen
Modifikation
...ist ein edles
Metall
...ist ein
Reduktionsmittel
C
je ½ P pro richtige Antwort (- ½ P bei falscher Antwort)
Wiederholungsklausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 21.03.2013

-Bindungen...
Welcheder folgenden
Verbindungen wird
als Zintl-Phase
bezeichnet?
Wasserglas ist...
Isotope eines
Elementes
unterscheiden sich in
der Anzahl der...
Salmiak ist...
Das häufigste chem.
Element in der
Erdrinde ist...
Der kleinstmögliche
pKs-Wert einer sehr
starken Säure in H2O
ist...
Das stärkste
bekannte chem.
Oxidationsmittel ist...
Welche ist die
stärkste Säure...
Natrium wird sicher
aufbewahrt unter...
...sind
rotationssymmetrisch
...haben eine
Knotenebene
...spielen nur in der
organischen
Chemie eine Rolle
CaSi
BaS
NaH
...ein
Natriumsilicat/WasserGemisch
...gefrorenes,
amorphes
Wasser
...unterkühltes
Wasser
A
...Neutrinos
...Protonen
...Neutronen
B
NH4Cl
NH4OH
NH2OH
A
Silicium
Stickstoff
Sauerstoff
C
0
-1,74
-14
B
Ozon
Fluor
Kryptondifluorid
C
HCl
HClO3
HClO4
C
Paraffin
Ethanol
Schwefelsäure
A
B
A
je ½ P pro richtige Antwort (- ½ P bei falscher Antwort)
Punkte 6:
Wiederholungsklausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 21.03.2013
7. [10] Elektrochemie
a.) [4] Ergänzen Sie die Skizze zum Aufbau eines Daniell-Elementes. Aus welchen
Materialien bestehen die Elektroden? Markieren Sie Anode und Kathode. Woraus bestehen
die Elektrolyt-Lösungen in den beiden Halbzellen? Zeichnen Sie die Richtung des
Stromflusses bei Entladung sowie die Diffusionsrichtung der Ionen in den Lösungen (mit
Pfeilen) ein. Woraus besteht die Trennwand zwischen den Halbzellen?
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] Formulieren Sie die Nernst-Gleichung für das edlere Element und erläutern Sie in
Stichpunkten sämtliche in der Gleichung auftretenden Größen.
E = E(Cu/Cu2+)0 + (R·T/z·F)·ln[Cu2+]
E= elektrochem. Potential
E(Cu/Cu2+)0= elektrochem. Standardpotential von Kupfer
(bei Standardbedingungen: Konz. 1 mol/L, 25 °C und 1 bar)
R = allgemeine Gaskonstante (0,083143 bar·L/K·mol)
T = absolute Temperatur (K)
z = Anzahl Ladungsträger (Elektronen) pro Formelumsatz (hier ist z = 2)
F = Faraday-Konstante 96487 A·s /mol, entspricht der Ladungsmenge zur
Entladung von 1 Mol eines einwertigen Ions.
[Cu2+] = Aktivität der Cu2+-Ionen im Elektrolyt
d.) [2] 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+] =
1,11 V + 0,0292 = 1,14 V
Punkte 7:
Wiederholungsklausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 21.03.2013
8. [10] Stellen Sie die vollständigen Redox-Gleichungen für die folgenden Umsetzungen auf
(nur Gesamtgleichung, keine Teilgleichungen!):
a.) [2] Umsetzung von Zink mit konzentrierter Salpetersäure
2 HNO3 + 2 H3O+ + Zn  2 NO2 + Zn2+ + 4 H2O
oder
4 HNO3 + Zn  2 NO2 + Zn(NO3) + 2 H2O
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 Natrium mit Ammoniakgas bei höheren Temperaturen
Na + NH3  NaNH2 + H2
d.) [2] Umsetzung von Kohlendioxid mit Wasserstoff bei hohen Temperaturen
CO2 + H2  CO + H2O
e.) [2] Umsetzung von Zink mit Schwefeldioxid in wäßriger Lösung
Zn + 2 SO2  S2O42- + 2 Zn2+
Punkte 8:
Wiederholungsklausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 21.03.2013
9. [10] Wasserstoff-Synthese:
a.)[3] Industriell kann Wasserstoff mit dem sog. Steamreforming-Verfahren aus Propan
gewonnen werden. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und geben Sie die
Reaktionsbedingungen an.
C3H8 + 3 H2O  3 CO + 7 H2
2P
900 °C (oder: hohe Temperatur) und Ni-Katalysator
1P
b.)[3] Das im obigen Steamreforming-Verfahren neben Wasserstoff ebenfalls entstehende Gas
kann in Hochtemperaturkonvertern weiter umgesetzt und anschließend abgetrennt werden.
Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für diese Umsetzung.
Wie kann die Abtrennung erfolgen?
2P
CO + H2O  CO2 + H2
Abtrennung von CO2 durch Ausfrieren oder Auswaschen mit Wasser oder
Binden mit Basen 1 P
c.) [4] Wasserstoff wird industriell auch unter Verwendung von Kohle gewonnen.
Formulieren Sie die Reaktionsgleichung:
C + H2O  CO + H2
2P
Ist die Reaktion exotherm oder endotherm?
Die Reaktion ist endotherm, es wird also Energie benötigt 1 P
Wie wird das entstehende Gasgemisch genannt?
Das entstehende Gasgemisch aus CO und H2 wird „Wassergas“ oder
„Synthesegas“ genannt.
1P
Punkte 9:
Wiederholungsklausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 21.03.2013
10. [12] MO-Diagramm
a.) [7] Erstellen Sie ein qualitatives Molekülorbital(MO)-Schema für das Sauerstoffmolekül.
2P
Welche Größe wird dabei in vertikaler Richtung (Ordinate) aufgetragen?
Zeichnen Sie alle Valenzelektronen als Pfeile ein und beachten dabei die Hund`sche Regel
und das Pauli-Prinzip. 2 P
Bezeichnen Sie eindeutig alle - bzw. -Orbitale und geben dabei in Klammern an, aus
welchen AOs diese gebildet wurden (z.B. (pz)). Unterscheiden Sie zwischen bindenden (z.B.
(pz)) und antibindenden (z.B. (pz)) Orbitalen. je 1/2 P = 3 P
b.) [4] Definieren Sie die Bindungsordnung (B.O.) und berechnen Sie die Bindungsordnung
jeweils für das Sauerstoff-Molekül, das Dioxygenyl-Kation und das Peroxid-Ion. 1 P + 3 P
B.O. = (Anzahl bindender Elektronen - Anzahl antibindender Elektronen)/2
oder B.O. = (Anz. bindender Elektronenpaare - Anz. antibindender
Elektronenpaare)
Bindungsordnung (O2+) = 2.5
Bindungsordnung (O2) = 2.0
Bindungsordnung (O22-) = 1.0
c.) [1] Ordnen Sie das Sauerstoff-Molekül, das Dioxygenyl-Kation und das Peroxid-Ion nach
ihren Bindungslängen. 1 P
d(O2+) < d(O2) < d(O22-)
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 21.03.2013
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
Wiederholungsklausur zur Vorlesung AC1 (Anorganische Experimentalchemie) am 21.03.2013
Schmierblatt – Sämtliche Notizen auf diesem Blatt werden nicht gewertet!
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Schmierblatt – Sämtliche Notizen auf diesem Blatt werden nicht gewertet!