daten hilfsmittel

Studienkolleg der Technischen Universität Berlin
Schriftliche Prüfung zur Feststellung der Eignung ausländischer
Studienbewerber für ein Hochschulstudium im Land Berlin
CHEMIE
Sommer 2003
Arbeitszeit : 3,5 Stunden Name: Prüfungsgruppe:
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DATEN HILFSMITTEL
Periodensystem der Elemente; einsprachiges Wörterbuch; Taschenrechner
-2
R = 8,31 * 1O
bar * L/ (K * mol)
Schülke-Tafel
23
N = 6 * 1O
(1/mol)
A
o
STP : p = 1,013 bar ; t = O C
0
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Es ist eines der beiden Themen zu bearbeiten.
Thema I
Carbonsäuren enthalten die funktionelle Gruppe -COOH.
Besonders wichtig sind die Carbonsäuren mit einem C-Atom
("Ameisensäure") A bzw. mit zwei C-Atomen ("Essigsäure") B.
1.)a) Notieren Sie die systematischen Namen von A bzw. B.
b) Welche allgemeine Formel haben Carbonsäuren mit n C-Atomen?
Geben Sie eine kurze Erklärung an.
c) Benennen Sie die Verbindung Cl -CH-CH -COOH.
2
2
mit MnO (Permanganat).
4
2+
+
und Mn . Fügen Sie bei Bedarf H bzw.
2.)a) Formulieren Sie die Redox-Reaktion von A
Endprodukte sind CO
Wasser hinzu.
b) Wie viel mmol CO
25 ml
2
2
entstehen, wenn man zur vollständigen Reaktion
MnO - Lösung (c = 0,2 mol/L) verbraucht?
4
3.)a) Beschreiben Sie eine Apparatur zum Nachweis der elektrischen
Leitfähigkeit der Lösungen von A und B in Wasser.
b) Welches Ergebnis erwarten Sie für folgende Experimente:
b1) A in Wasser,
b2)
A in CCl gelöst ?
4
c) Die Dissoziationskonstanten von A bzw. B in Wasser betragen:
-4
-5
K(A) = 1,77*10
(mol/L) , K(B) = 1,77*10
(mol/L)
Welche der beiden Lösungen hat bei gleicher Konzentration die
größere Leitfähigkeit? Geben Sie eine kurze Erklärung an.
d) In einem Becherglas befinden sich 100 mL A-Lösung der
Konzentration c = 0,1 mol/L.
Wie viel OH -Ionen sind in dem Becherglas?
4.)a) Bestimmen Sie in B die Oxidationszahlen für jedes der beiden CAtome.
b) Bestimmen Sie die Winkel an den beiden C-Atomen.
5.)
Ein Student führt ein
und III) aus:
I) : 100 mL H SO (c
2 4
II) : 100 mL B
(c
III): 100 mL HCl
(c
Experiment in drei Bechergläsern I), II)
= 1 mol/L) und 1,00 g Mg
= 1 mol/L) und 1,00 g Mg
= 1 mol/L) und 1,00 g Mg
a) Zeigen Sie, dass die Säure in I) im molaren Überschuss zum Mg
vorhanden ist.
b) Stellen Sie die Reaktionsgleichung für I) auf.
c) Wie viel Liter Wasserstoff (unter STP) bilden sich in I)?
d) Bei beiden Reaktionen I) und II) wird die Gasmenge (in mL) in
Abhängigkeit von der Zeit (in sec) gemessen:
Zeit(sec) mL Wasserstoff in Glas I mL Wasserstoff in Glas II
10
40
2
20
63
4.5
30
76
7
40
87
9
6.)
7.)
Fertigen Sie ein Diagramm für die beiden Reaktionen . Stellen Sie
eine Hypothese auf, wo die Kurve für III) liegen sollte.
Begründen Sie Ihre Entscheidung.
Geben Sie zwei andere Wege mit Reaktionsgleichungen an, wie man
das in Glas II) entstehende Salz herzustellen kann.
Verdampft man 1,500 g des Gases B bei 127°C und p=831 mbar, dann
nimmt es ein Volumen von 500 mL ein.
Berechnen Sie die Molmasse und Formel von gasförmigem B.
8.)
B und Ethanol reagieren zu einem Ester und Wasser. Dabei stellt
sich ein Gleichgewicht mit K=4 ( Volumen V =1 L) ein.
Wie
viel mol B reagieren, wenn man mit 2 mol Ethanol und 3 mol B
startet?
9.) Die Säure B wird technisch durch Oxidation von C H
mit Luft in
4 10
3+
Gegenwart von Co -Ionen produziert.
a) Notieren Sie die Reaktionsgleichung.
b) Es gibt mehrere Isomere von C H .
4 10
Notieren Sie die Strukturformeln und Namen von 2 Isomeren.
10)a) Welche Aufgabe hat das Co
3+
in Aufgabe 9.)?
59 3+
b) Aus welchen Teilchen besteht das stabile
Co ?
3+
c)Wie viel Gramm wiegt ein einzelnes Co -Ion?
d)Vergleicht man Co-55 mit Co-62, dann stellt man fest, dass sie
auf verschiedenen Wegen zerfallen.
Schreiben Sie die beiden Zerfallsgleichungen.
Thema II
In der Erdkruste ist Nickel häufig in Eisen-Erzen anzutreffen.
Dort findet man Nickel als A NiS.
Nickel hat in seinen Verbindungen die Oxidationszahl +2.
1.)
Aus A wird Nickel in einer 2-Stufen-Reaktion hergestellt:
I) Nickelsulfid + Sauerstoff --> Nickeloxid + Schwefeldioxid
II) Nickeloxid + Kohlenstoff --> Ni + Kohlenstoffdioxid
a) Notieren Sie die Reaktionsgleichungen in chemischer
Zeichensprache.
b) Wie viel Liter Kohlenstoffdioxid entstehen, wenn man von 100 g A
ausgeht?
o
Die Temperatur des abgekühlten Gases beträgt 27 C, der Druck ist
831 mbar.
2.)
Zur Reinigung wird das (unreine) Nickel mit CO umgesetzt und dann
o
bei 80 C wieder zerlegt.
a) Zeichnen Sie die Abkühlungskurve von geschmolzenem Nickel im
o
o
Bereich von 1500 C bis 25 C.
b) Das Zwischenprodukt Ni(CO) soll von Fe(CO) abgetrennt werden.
4
5
Im Chemie-Lexikon findet man dazu folgende Angaben:
o
o
o
o
Ni(CO)
Fp: -20 C , Kp: + 42 C Fe(CO)
Fp: -20 C , Kp: +102 C.
4:
5:
Schlagen Sie ein Trennverfahren vor.
Zeichnen Sie die benutzte Apparatur mit Beschriftung.
3.)
Aus NiO kann man durch Reduktion mit metallischem Aluminium
Nickel-Metall herstellen. Die Reaktion ist exotherm mit 284 kJ
pro mol Nickel.
a) Mit Hilfe der Bildungsenthalpie von Di-Aluminium-Trioxid __ H = B
1688 kJ/mol soll die Bildungsenthalpie von NiO berechnet werden.
b) Welche Bindungsart liegt in dem Al - Oxid vor?
Geben Sie eine kurze Erklärung an.
c) Berechnen Sie die Ausbeute (in Massen%), wenn man mit 54 g Al
158,5 g Ni-Metall erhält.
4.)
Im Labor benutzt man das Ni-Salz der 2-wertigen Oxalsäure
(H C O ) als Ausgangsstoff, um Nickel-Metall herzustellen.
2 2 4
a) Geben Sie drei Reaktiongleichungen zur Herstellung von Ni-Oxalat
an.
b) Welche elektrische Leitfähigkeit hat
b1) festes Ni-Oxalat,
b2) geschmolzenes Ni-Oxalat?
Geben Sie eine kurze Erklärung an.
5.) Oxalsäure hat ein symmetrisches Molekül.
a) Bestimmen Sie im Oxalsäure-Molekül die Winkel an allen Atomen.
b) Bestimmen Sie im Oxalsäure-Molekül die Oxidationszahl am C-Atom.
6.)
NiC O wird Wasserstoff umgesetzt, wobei sich bei einer
2 4
o
Temperatur von 280 C vier Endprodukte bilden: Nickel-Metall ,
Kohlenstoffoxid, Kohlenstoffdioxid und Wasser.
a) Notieren Sie für die Reaktion die Gleichung des MassenWirkungsgesetzes.
b) Die Gleichgewichtskonstanten der Reaktion sind
temperaturabhängig:
2 2
2 2
K (260 °C) = 1,12 (mol /L ), K (290 °C) = 0,98 (mol /L )
Welchen Einfluss hat die Temperatur auf die Menge der EndProdukte? Geben Sie eine kurze Begründung an.
7.)
Nickel findet sich auch in B :(Ni Mg ) (OH) (SiO ) .
1 x 6
8
4 4
a)Berechnen Sie die Indexzahl x in B.
b)Benennen Sie die beiden Anion-Gruppen in B .
c) Zeichnen Sie die Lewis-Strukturen der beiden Anion-Gruppen.
8.)
Um Ni-Ionen aus einer Lösung abzutrennen, fällt man sie als in
Wasser schwerlösliche Verbindung Ni(C H O N ) . Eine Probe von
4 7 2 2 2
10,00 g Stahl führte zu 17,72 g Niederschlag.
a) Wie kann man den Niederschlag von der Lösung abtrennen?
b) Berechnen Sie den Massen-% - Gehalt an Nickel im Stahl.
2+
3+
Bei der Überführung von Ni in die unlösliche Form stören Fe Ionen. Sie werden durch Zugabe von "Weinsäure" , das ist
2,3-Dihydroxi-Butan-di-Säure, unwirksam gemacht.
a) Zeichnen Sie das Weinsäure-Molekül und sein Di-Anion.
b) Zeigen Sie, dass für zweiwertige Säuren H A im Gleichgewicht
2
gilt:
3
4x
K = --------S
c - x
o
+
mit x = Gleichgewichtskonzentration an H -Ionen
c = Startkonzentration der Säure
O
c) Eine Lösung der Säure zeigt den pH-Wert 3,1.
+
Berechnen Sie die H -Konzentration.
9.)
10)
Ni-64 bildet in einer (p,n)-Reaktion das Produkt X. Das Isotop X
ist radioaktiv und zerfällt in einem Positron- Zerfall zu Y.
a) Notieren Sie die beiden kernchemischen Gleichungen.
b) Die Aktivität des Isotops Y verringert sich in 5 Stunden um 25%.
Bestimmen Sie die Halbwertzeit von Y.