Lösung zur Klasur Nr.2

1
PUNKTZAHL
NOTE
Klausur zur Vorlesung "Grundzüge der Chemie"
für Studierende des Maschinenbaus
Termin: 17. Juni 2003
Ort: HZO 10
Zeit: 9.30 - 11.30 Uhr
Dauer: 120 Minuten
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Matr.-Nr.
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Bei den Rechenaufgaben sind die verwendeten Formeln, Ansätze und die wesentlichen
Zwischenergebnisse aufzuschreiben. Die erreichbare Punktzahl ist in eckigen Klammern angegeben.
(Gesamtpunktzahl: 96; zum Bestehen der Klausur benötigte Punktzahl: 40)
AUFGABE
PUNKTZAHL
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5
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7
8
9
10
11
12
Σ
Anmerkung
2
1. Wieviel Protonen, Neutronen und Elektronen sowie Valenzelektronen weist ein Atom des Barium[4]
Isotops 137Ba auf?
56 Protonen
56 Elektronen
81 Neutronen
2 Valenzelektronen
2. Eine Analyse einer Substanz, die aus den Elementen Calcium, Kohlenstoff und Sauerstoff aufgebaut
ist, ergab die folgenden Massenprozente: 40,04 % Ca und 12,00 % C. Ermitteln Sie die
Substanzformel!
[7]
CaCO3
3. Berechnen Sie die molare Masse folgender Verbindungen: CH4, SO2, CaCl2 und CuSO4!
CH4: 16,04 g/mol
SO2: 64,07 g/mol
CaCl2: 110,98 g/mol
CuSO4: 159,61 g/mol
[8]
3
4. Geben Sie für die folgenden Moleküle und Ionen Valenzstrichformeln an.
a) Geben Sie alle gebundenen und freien Elektronenpaare, ggf. Formalladungen und ggf. mesomere
Grenzstrukturen an
[7]
H2O, H2O2, Cl2, NO3-, O3, CO32-, CO2
H
H
O
O
H
Cl
O
H
Cl
O + O
N
O + O
N
O + O
N
O
O
O
O
C
O
O
O
C
O
O
O
C
O
O +
O +
O
-
O
-
O
O
O
C
O
O
4
b) Geben Sie für die folgenden Moleküle Valenzstrichformeln an. Geben Sie alle gebundenen und
freien Elektronenpaare und ggf. Formalladungen an.
C6H6 (Benzol), C4H10 (Butan), C3H6 (Propen).
[6]
H
H
H
C
C
C
C
H
C
C
H
H
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
H
C
H
H
H
C
C
C
H
H H H
5. a) Zur Herstellung von Wasserstoff für die Brennstoffzelle wird Methanol mit Wasser katalytisch
umgesetzt:
CH3OH(g) + H2O(g) → CO2(g) + 3 H2(g)
∆ H = +50,7 kJ/mol.
Wie groß ist der ∆ H-Wert, um 1 kg H2(g) zu erhalten? Muss Wärme zugeführt werden oder wird sie
frei?
[4]
1 kg H2 entspricht 496,08 mol; zur Entstehung von 3 Mol H2 müssen ∆ H = +50,7 kJ zugeführt
werden. Daher müssen zur Produktion von 496,08 mol (496,08/3)*50,7 = 8383,8 kJ zugeführt werden.
b) Ist die Wärmemenge größer, kleiner oder bleibt sie gleich, falls die Umsetzung ohne Katalysator
durchgeführt wird?
[1]
gleich, der Katalysator erhöht nur die Reaktionsgeschwindigkeit.
5
c) Welche Wärmemenge wird freigesetzt, wenn 1 kg Wasserstoff verbrennt.
2H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l)
[4]
∆ H = -572,04 kJ/mol
1 kg H2 entspricht 496,08 mol
Bei der Verbrennung von 2 mol H2 werden 572,02 kJ frei; daher werden bei der Verbrennung von
496,08 mol H2 (496,02/2)*∆ H = 141888,8 kJ frei.
6. Geben Sie die Elektronenkonfiguration eines Stickstoffatoms an.
[2]
1s22s22p3
7. Wie viel Gramm Gips lösen sich in 200 ml Wasser (KL(CaSO4) = 6,1·10-5 mol2/L2)?
c(Ca2+) = c(SO42-) = (6,1·10-5 )1/2 = 7,8·10-3 mol/l;
M(CaSO4) = 136.14 g/mol;
d.h. 7,8·10-3 mol/l entsprechen 1,06 g CaSO4 / Liter bzw. 0,212 g in 200 ml.
[7]
6
8. Magnesium reagiert mit Sauerstoff spontan unter Normalbedingungen.
a) Geben Sie die stöchiometrisch richtige Redoxgleichung an.
[2]
2 Mg + O2 → 2 MgO
b) Geben Sie die Änderung der Oxidationszahlen/stufen für die beteiligten Redoxpartner an. Welches
Element ist Oxidationsmittel, welches Reduktionsmittel
[3]
O2(0) → 2 O(-II) Oxidationsmittel
Mg (0) → Mg (+II) Reduktionsmittel
c) Benennen Sie Oxidations- und Reduktionsmittel in folgender Reaktion:
2 SO2 + O2 → 2 SO3
Geben Sie die Änderung der Oxidationszahlen/stufen für die beteiligten Redoxpartner an.
S(+IV)O2 → S(+VI)O3 Reduktionsmittel
O2(0) → 2 O(-II) Oxidationsmittel
[2]
7
9. Stellen Sie die folgenden Redoxgleichungen stöchiometrisch richtig.
a)
b)
WO3
2 MnO4-
+
+ 16 H+
3 H2 →
W
+ 10 Cl- →
2 Mn2+
+
3 H2O
+
5 Cl2
[4]
+
8 H2O
[4]
(am besten zunächst die Teilgleichungen aufstellen)
c) SiO2
+ 2C →
Si
+ 2 CO
10. Geben Sie die Oxidationszahlen aller Elemente in folgenden Verbindungen an:
Zn+IICl-I2, Fe+III2O-II3, N+VO-II3-, C+IVO-II32-
[4]
[8]
8
11. Berechnen Sie die pH-Werte der folgenden Lösungen. Vernachlässigen Sie Volumeneffekte und
geben Sie die Ergebnisse auf eine Nachkommastelle an.
a) 50 mL einer wässrigen Lösung, die 1,00 g NaOH enthält.
[4]
pH = 13,7
b) 250 mL einer wässrigen Lösung, die 0,05 mol Essigsäure enthält sowie 0,05 mol Natriumacetat
(pKs = 4,75).
[4]
Henderson-Hasselbach Gleichung (Pufferlösung):
pH = pKs + log ([Ac-]/[HAc]) = pKs = 4,75
c) Wie groß sind c(H+) (Konzentration der H+-Ionen) und c(OH-) (Konzentration der OH--Ionen) bei
pH = 9?
[2]
c(H+) = 10-9 mol/l; c(OH-) = 10-5 mol/l
9
12. Beantworten Sie kurz die folgenden Fragen.
a) Wie heißen die drei Arten der chemischen Bindung?
[1]
ionisch, kovalent, metallisch
b) Welche der folgenden Bindung ist stärker polar: C-O oder C-S?
[1]
C-O
c) Welches Element ist elektronegativer, Fluor oder Chlor?
[1]
Fluor
d) Ist Calcium ein Metall?
[1]
ja
e) Was versteht man unter einem Ion?
[2]
Ein geladenes Atom oder Molekül.
f) Zeichnen Sie die Valenzstrichformel eines Alkohols.
z.B. Ethanol:
H
H
C
H
H
C
H
OH
[1]
10
g) Welche Summenformel hat Bariumnitrat?
[1]
Ba(NO3)2
h) Nennen Sie ein Oxid, das, in Wasser gelöst, eine starke Base ergibt.
Na2O, CaO etc. allgemein Alkali- und Erdalkalimetalloxide.
[1]