Musterlösung 8.1.2002 (download pdf)

Klausuraufgaben Grundvorlesung
Testat vom 8.1.02,
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Musterlösung
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Matrikelnummer: 0815
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Fachrichtung:
Chemie
Biotechnologie
Pharmazie
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Frage 1
Skizzieren Sie die jeweilige Struktur der nachfolgend aufgeführten Verbindungen!
(Tipp: Verwenden Sie die VSEPR – Regeln bzw. die Regel, nach der d8 – Komplexe
quadratisch planar gebaut sind!)
a) SiCl4
Si
Cl
b) Ni(CO)4
Cl
Cl
(1)
CO
Ni
OC
c) SF4
(1)
Cl
CO
CO
(1)
F
S
F
F
F
d) AuCl4-
(2)
Cl
Cl
Au
Cl
Cl
e) PCl4+
(2)
Cl
P
Cl
Cl
Cl
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Frage 2
Schreiben Sie chemische Gleichungen für die nachfolgenden Umsetzungen an.
Falls erforderlich, ergänzen Sie die Angaben zu Ausgangsstoffen und Produkten. Schreiben
Sie den Reaktionstyp an, wenn danach gefragt wird.
a) Ausgangsstoffe: H2S, SO2
Produkte: S8, H2O
Gleichung:
2 H2S + SO2 → 3/8 S8 + 2 H2O
(2)
Reaktionstyp:
Redoxreaktion oder Redoxkonproportionierung
(1)
b) Ausgangsstoffe: Cu, HNO3
Produkte:
Cu2+, NO2
Teilgleichung (Cu):
(1)
Cu → Cu2+ + 2 e-
Teilgleichung (HNO3):
(2)
HNO3 + H+ + e- → NO2 + H2O
Gesamtgleichung:
|x2
Cu + 2 HNO3 + 2 H+ → Cu2+ + 2 NO2 + 2 H2O
c) Ausgangsstoffe: MnO4-, H2O2 , H+
(2)
Produkte: O2, Mn2+
Teilgleichung (H2O2):
(2)
H2O2 → O2 + 2 H+ + 2 e-
|x5
Teilgleichung (MnO4-):
(3)
MnO4- + 5 e- + 8 H+ → Mn2+ + 4 H2O
Gesamtgleichung:
|x2
5 H2O2 + 2 MnO4- + 6 H+ → 5 O2 + 2 Mn2+ + 8 H2O
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(2)
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Frage 3
a) Schreiben Sie die Valenzstrichformel für HNO3 an.
Tragen Sie die formalen Ladungen ein, wenn diese nicht gleich Null sind.
Geben Sie, wenn erforderlich, die mesomeren Formeln an.
Geben Sie das Symbol für die Beziehung zwischen diesen Formeln gegebenenfalls durch den
„Mesomeriepfeil“ an!
Formelbilder:
(3)
O
O
N
N
HO
O
HO
O
b) Welche Oxidationsstufe haben folgende Elemente in HNO3
N:
+V
O:
-II
(2)
Frage 4
Im Diagramm ist die Elementarzelle einer Verbindung gezeigt, die Ca, F und Rb enthält.
a) Geben Sie die Formel der Verbindung an:
CaRbF3
(3)
b) Welche Koordinationszahl hat das Rb?
8 bzw. 12
(2)
c) Welches Koordinationspolyeder beschreibt die Koordination von Rb durch F?
Antwort:.
Würfel
(2)
d) Welche Koordinationszahl hat Ca?
6
(1)
e) Welches Kooordinationspolyeder beschreibt die Koordination von Ca durch F?
Antwort:
Oktaeder
(2)
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Frage 5
31
15 P
ist ein „Reinisotop“, d.h. es ist zu 100% in natürlichem Phosphor enthalten.
a) Durch welche Kernreaktion stellt man
Antwort:
b)
32
15 P
31
15 P
+ 01 n →
32
15 P
her?
32
15 P
(2)
zerfällt mit einer Halbwertszeit von 14 Tagen in
Werden beim Zerfall α- oder β-Teilchen abgegeben?
32
16 S
.
β-Teilchen
(2)
32
32
c) Wenn der Gehalt an 15
P einer Probe von mit 15
P markiertem Adenosintriphosphat zum
Zeitpunkt t = 0 x Einheiten beträgt, wie viel Einheiten an radioaktivem Phosphor sind nach
einer Zeit von 56 Tagen noch vorhanden?
Antwort:
x / 16
(1)
Frage 6
Geben Sie die Valenzelektronenkonfiguration des elektronischen Grundzustandes folgender
Atome bzw. Ionen an:
a) Kohlenstoff
2s2 2p2
(1)
b) Fluor
2s2 2p5
(1)
c) Calcium
4s2
(1)
d) Cer(III)
4f1
(1)
e) Mangan(II)
3d5
(1)
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Frage 7
Berechnen Sie den pH-Wert der nachfolgend angegebenen Puffergemische:
a) NH3 und NH4Cl im Konzentrationsverhältnis 1:1 (pKs(NH4+) = 9.3)
(2)
pH = 9.3
b) CH3COOH und NaOOCCH3 im Konzentrationsverhältnis 1 : 1 (pKs(CH3COOH) = 4.7)
(2)
pH = 4.7
Frage 8
Schreiben Sie die Gleichungen für folgende Beziehungen auf:
a) Kraft F = Funktion von Ladung q, Abstand r und Dielektrizitätskonstante ε:
(2)
F = 1/ε q1 q2 / r2
b) Freie Energie ∆G = Funktion der Gleichgewichtskonstanten K:
(2)
∆G = - RT ln K
c) Enthalpie ∆H = Funktion von ∆G , Entropie ∆S und Temperatur T:
∆G = ∆H - T ∆S
Ÿ
(2)
∆H = ∆G + T ∆S
d) Dipolmoment µ = Funktion von Ladung q und Abstand r:
(2)
µ=qr
e) Geschwindigkeitskonstante k = Funktion von Aktivierungsenergie Ea und Temperatur T: (2)
k ∝ exp(-Ea/RT)
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Frage 9
a) Schreiben Sie die Definitionsgleichung für die Säurekonstante der Säure HA an!
(2)
HA → H+ + AKs = [H+][A-] / [HA]
b) Welche Protonenkonzentration hat eine wässrige Lösung, die 10-1 Mol einer Säure HA
vom pKs-Wert 5 je Liter enthält?
(2)
Ks = 10-pKs = 10-5 mol l-1
c = 10-1 mol l-1
[H+] = (Ks c)1/2 = (10-5 10-1)1/2 = (10-6)1/2 = 10-3 mol l-1
c) Welchen pH-Wert hat eine Lösung, die 10-1 Mol l-1 des Natrium-Salzes NaA dieser Säure
vom pKs-Wert 5 enthält?
(3)
A- + H2O → OH- + HA
KB = [OH-][HA] / [A-]
KB = 10(14-pKs) = 10-9 mol l-1
c = 10-1 mol l-1
[OH-] = (KB c)1/2 = (10-9 10-1)1/2 = (10-10)1/2 = 10-5 mol l-1
p[OH-] = 5
pH = p[OH-] = 14-5 = 9
d) Bei welchem pH-Wert muß ein Indikator umschlagen, damit er bei der Titration der Säure
HA mit Natronlauge zur Endpunktsanzeige eingesetzt werden kann?
(2)
pH ≈ 9
e) Eine Indikatorsäure HInd hat den pKs-Wert von pKs = 8. Berechnen Sie den pH-Wert, bei
(2)
dem Hind zu 90% in Ind- übergegangen ist!
HInd → H+ + IndKs = [H+][Ind-] / [HInd] = 10-8 mol l-1
[Ind-] / [HInd] = 90 / 10 = 9
[H+] = [Ind-] / [HInd] = 10-8 mol l-1 / 9 ≈ 1.1 10-9 mol l-1
pH ≈ 9
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Frage 10
Skizzieren Sie die Strukturen von CO2 und von SiO2!
O
C
(4)
O
O
Si
O
Si
O
O
O
O
O
Si
O
O
O
O
Si
O O
O
O
Si
O
Frage 11
Zeichnen Sie die Valenzstrichformeln der Verbindungen XO4n- für die nachfolgend
aufgeführten Elemente X an. Geben Sie jeweils die Ladung der Anionen an.
Tragen Sie formale Ladungen in ihre Formeln ein, wenn diese nicht gleich Null sind.
Zeichnen Sie, wo dies erforderlich ist, eine weitere der mesomeren Formeln (eine weitere
Formel genügt!) und geben Sie die Beziehung zwischen diesen Formeln durch den
„Mesomeriepfeil“ an! Zeichnen Sie ihre Formeln so, dass man erkennen kann, ob Sie der
Verbindung eine tetraedrische oder eine planare Geometrie zuordnen (Gegebenenfalls
schreiben Sie dazu ob Ihre Skizze ein Tetraeder oder ein Quadrat andeuten soll!).
a) X = Si
(2)
O
Si
O
O
O
b) X = P
(2)
O
O
P
O
P
O
O
O
O
O
c) X = S
(2)
O
S
O
O
O
O
2
S
O
O
O
d) X = Cl
(2)
O
O
Cl
O
O
O
Cl
O
O
O
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Frage 12
10 g Zink (MZn = 65 u) werden mit 3 Mol NaOH in Wasser zur Reaktion gebracht und dabei
aufgelöst.
a) Schreiben Sie die stöchiometrische Gleichung für den Prozess an!
(2)
2 OH- + Zn + 2 H2O → Zn(OH)42- + 2 H2
b) Wie viele Liter H2 entstehen dabei unter Normalbedingungen?
(2)
Antwort:
10 g / 65 g mol-1 = 10/65 mol = 0.15 mol H2
V = 22.4 l mol-1
Ÿ V = 22.4 l mol-1 0.15 mol = 3.4 l
Frage 13
Die drei abgebildeten Diagramme stellen drei unterschiedliche Fälle der Wechselwirkung
zwischen dem HOMO einer Lewis-Base und dem LUMO einer Lewis-Säure dar.
Markieren Sie dasjenige
Diagramm, das nach Ihrer
Meinung zur Bildung des
stabilsten Säure-Base-Addukts
führt, wobei für alle drei Fälle
gleiche Überlappung zwischen
HOMO und LUMO
vorausgesetzt wird.
(2)
ž
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Frage 14
Für einen oktaedrisch gebauten Eisen(III)-Komplex wird ein magnetisches Moment µ von
1.73 µ B (Bohr’schen Magnetonen) gemessen.
a) Zeichnen Sie das Schema der energetischen Aufspaltung der d-Orbitale im oktaedrischen
Feld!
(2)
E
b) Die Formel für die Berechnung des magnetischen Moments ist µ = n(n + 2) µ B, wobei
n die Anzahl der ungepaarten Elektronen bedeutet. Hat der angegebene Eisen(III)-Komplex
eine high-spin oder eine low-spin-Elektronenkonfiguration?
Antwort:
low-spin
(2)
Frage 15
Bezeichnen Sie die nachfolgend durch Formeln angegebenen Verbindungen durch Namen,
die den Nomenklatur-Regeln entsprechen, und zeichnen Sie die Strukturen!
a) cis-(NH3)2PtCl2
(2)
Cl
Cl
Pt
NH3
H3N
cis-Diammino-dichloro-platin(II)
b) fac-(NH3)3CrCl3
(2)
NH3
Cl
Cl
Cr
NH3
NH3
Cl
fac-Triammin-trichloro-chrom(III)
c) Ag(CN)2-
(2)
NC
Ag CN
Dicyanoargentat(-1)
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