Klausur 04 - Technische Universität Braunschweig

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INSTITUT FÜR ANORGANISCHE UND ANALYTISCHE CHEMIE
TECHNISCHE UNIVERSITÄT CAROLO-WILHELMINA
ZU BRAUNSCHWEIG
Nachklausur (WS 2007/2008) zur Vorlesung
„ANORGANISCHE CHEMIE I“
Prof. Dr. Matthias Tamm
Bitte leserlich und in Druckschrift angeben: Name:..................................................................
Vorname:.............................................................
Matrikelnummer:.................................................
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(EIGENHÄNDIGE UNTERSCHRIFT)
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erreichte Punktzahl
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erreichte Note
(Arbeiten ohne leserliche Namensangabe und eigenhändige Unterschrift werden nicht gewertet)
PUNKTEVERTEILUNG
Aufgabe
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Maxmimale
Punktzahl
2
8
4
4
6
6
12
10
12
12
12
Erreichte
Punktzahl
Aufgabe
12
Σ
Maxmimale
Punktzahl
12
100
Erreichte
Punktzahl
Bearbeitungszeit: 120 Minuten
Umfang: 10 Seiten
BITTE NICHT MIT BLEISTIFT SCHREIBEN!
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Das Periodensystem der Elemente
Aufgaben
1. Das Element Uran besteht in seiner natürlichen Zusammensetzung aus zwei Isotopen mit
143 bzw. 146 Neutronen. Geben Sie für jedes Isotop das vollständige Elementsymbol
inklusive Massen- und Ordnungszahl an!
2. Erläutern Sie die folgenden Begriffe:
a) Oktettregel;
b) Hypervalenz;
c) Redox-Amphoterie;
d) Säurestärke.
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3. a) Skizzieren Sie ein MO-Diagramm für das Dixenon-Molekülkation (Xe2+)!
b) Skizzieren Sie die gebildeten bindenden und antibindenden Molekülorbitale!
c) Welche Bindungsordnung ergibt sich?
4. Die unten stehende Abbildung zeigt die Kristallstruktur des Brom-Charge-TransferKomplexes mit Triphenylphosphan, P(C6H5)3. Der Brom-Brom-Abstand beträgt 312 pm
(vgl. 227 pm im elementaren Brom).
a) Beschreiben Sie den Komplex durch mesomere Grenzstrukturen, so dass auch die starke
Aufweitung der Brom-Brom-Bindung verdeutlicht wird! Hinweis: Die Phenylgruppen
können als einfach gebundene Reste R abkekürzt werden.
b) Erläutern Sie die Bindungsverhältnisse und die lineare Geometrie des Komplexes unter
Verwendung geeigneter Molekülorbitale!
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5) Elementares Iod kann aus Iodaten, z. B. aus KIO3, durch Reduktion mit schwefliger
Säure, SO2 (aq), erhalten werden.
a) Formulieren Sie eine Bruttogleichung für diese Reaktion!
Gibt man Kaliumiodid zu einer wässrigen Iodlösung, so können sich u. a. Anionen der
Zusammensetzung I3⎯, I5⎯, I7⎯ und I82⎯ bilden.
c) Geben Sie Lewis-Formeln an und machen Sie Strukturvorschläge für diese Anionen!
6. Sagen Sie die Strukturen der folgenden Verbindungen voraus:
a) SiF62⎯
b) XeF3+
c) AsF5
d) IF8⎯
e) PCl4+
f) BrF5
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7. Chlordioxid wird technisch durch Reduktion von Chloraten mit Schwefeldioxid gewonnen.
Im Labor erhält man Chlordioxid durch Disproportionierung aus Chlorsäure (aus Chlorat
und konz. Schwefelsäure).
a) Geben Sie die entsprechenden Reaktionsgleichungen an!
b) Geben Sie Lewis-Formeln für Chlordioxid an und machen Sie Aussagen zur Struktur!
Beim Übergang in den festen Zustand dimerisiert Chlordioxid unter Verlust seines Paramagnetismus.
c) Machen Sie Strukturvorschläge für das gebildete Dimer in Analogie zum isolelektronischen SO2 ‫־‬-Anion, welches in wässrigen Lösungen von Natriumdithionit (Na2S2O4)
nachgewiesen werden kann.
Chlordioxid kann als gemischtes Anhydrid von zwei Chlorsauerstoffsäuren aufgefasst
werden.
d) Formulieren Sie die Reaktion von Chlordioxid mit Natronlauge und geben Sie LewisFormeln für die gebildeten Anionen an!
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8. Schwefelhexafluorid kann durch Reaktion von elementarem Schwefel mit elementarem
Fluor erhalten werden.
a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und geben Sie die vollständigen LewisFormeln aller Reaktionspartner an! Formulieren Sie für das Schwefelhexafluorid
zusätzlich
eine Lewis-Formel und Beachtung
der Oktettregel!
b) Beschreiben Sie die Bindungsverhältnisse im SF6-Molekül durch ein qualitatives
MO-Diagramm (ggf. rückseitig)! Hinweis: Für die Punktgruppe Oh (oktaedrisch) treten die
Symmetrierassen a1g, t1u und eg auf.
c) Skizzieren Sie die bindenden Molekülorbitale! Hinweis: Bei entarteten Orbitalen genügt
ein Beispiel.
c) Welche S-F-Bindungsordnung ergibt sich?
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9. a) Vergleichen Sie einige Eigenschaften (Strukturen, chemische und physikalische Eigenschaften) von Ammoniak und Phosphorwasserstoff (Monophosphan) und erklären Sie die
Unterschiede!
b) Beschreiben Sie die Bindungsverhältnisse im Ammoniakmolekül durch ein qualitatives
MO-Diagramm! Hinweis: Für die Punktgruppe C3v (trigonal-pyramidal) treten die
Symmetrierassen a1 und e auf.
c) Zeichnen Sie alle besetzten Molekülorbitale!
Phosphorwasserstoff kann technisch aus weißem Phosphor und Kalilauge (wässrige KOH)
unter Erwärmen erhalten werden.
d) Geben Sie eine entsprechende Gleichung für die dabei ablaufende
Disproportionierungsreaktion an!
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10. In kondensierter Phase dimerisiert das Stickstoffmonoxid-Molekül.
a) Geben Sie jeweils eine Lewis-Formel für das Monomer und das Dimer an!
b) Beschreiben Sie unter Verwendung der beteiligten Molekülorbitale, wie die Bindung
zwischen zwei NO-Molekülen zustande kommt!
c) Welche NO-Bindungsordnungen ergeben sich jeweils für das Monomer und das
Dimer?
Stickstoffmonoxid kann durch Reduktion von Salpetersäure, z. B. mittels elementarem
Kupfer, gebildet werden.
d) Formulieren Sie eine entsprechende Reaktionsgleichung!
Von der Salpetersäure leiten sich die Nitrate ab.
e) Geben Sie eine Lewis-Formel für das Nitrat-Ion an und beschreiben Sie die π-Bindung
im Nitrat-Ion durch ein qualitatives MO-Diagramm!
f) Welche NO-Bindungsordnung ergibt sich?
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11. Lithium und weißer Phosphor bilden ein Phosphid der Zusammensetzung Li3P7. Das P7Trianion ist isostrukturell zum Phosphorsulfid P4S3.
a) Skizzieren Sie die Strukturen des weißen Phorphors und des P7-Trianions!
Phosphorsäure (Orthophosphorsäure) kann auf trockenem Wege ausgehend von weißem
Phosphor synthetisiert werden.
b) Formulieren Sie die entsprechenden Reaktionsgleichungen!
Technisch wichtiger ist der sogenannte nasse Weg, bei dem Apatit (Calciumphosphat)
mit Schwefelsäure aufgeschlossen wird.
c) Formulieren Sie die entsprechende Reaktionsgleichung!
d) Geben Sie unter Berücksichtigung der Oktettregel die Lewis-Formeln für das
Phosphat-Ion sowie für die isoelektronischen Ionen an, in denen das Phosphoratom
durch seine Nachbarelemente innerhalb der dritten Periode ersetzt ist!
e) Welche Oxidationszahl weisen Sie dem jeweiligen Zentralatom zu?
f) Apropos isoelektronisch – welche Anzahl an Valenzelektronen besitzen die unter d)
erfragten Anionen jeweils?
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12. Kohlenstoffmonoxid reagiert mit elementarem Chlor unter Bildung von Phosgen.
a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und geben Sie die vollständigen LewisFormeln aller Reaktionspartner an!
b) Die äußerst toxischen Eigenschaften von Phosgen beim Einatmen beruhen auf seiner
langsamen Hydrolyse in der Lunge.
Formulieren Sie eine entsprechende Reaktionsgleichung!
Man könnte versucht sein, ein entsprechendes Silicophosgen, bei dem der Kohlenstoff
durch Silicium ersetzt wird, durch Hydrolyse von Siliciumtetrachlorid (SiCl4) zu
erhalten.
c) Formulieren Sie eine
entsprechende Reaktionsgleichung und machen Sie einen sinn- vollen Strukturvorschlag
für das gebildete Silicophosgen!
d) Skizzieren Sie den industriellen Prozess zur Gewinnung von hochreinem Silicium
ausgehend von Quarzsand (SiO2)!