2005 (incl. Nachtermin, 3. Prüfungsfach)

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Schriftliche Abiturprüfung 2005
Fach: Chemie
Prüfungsart: 1./2. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 5 Stunden
Erlaubte Hilfsmittel:
¾ Zugelassener Taschenrechner (nicht programmierbar)
¾ Folgende Anlagen (Anhang):
ƒ Anlage 1: eine Tabelle mit Standardpotenzialen
ƒ Anlage 2: eine Tabelle mit pKS-Werten
ƒ Anlage 3: ein Periodensystem mit Angabe der Ordnungszahlen,
Atommassen und Elektronegativitätswerte
Angaben, die bei Bedarf verwendet werden können:
Elementarteilchen
m(p) = 1,6725 ⋅ 10 -27 kg
m(n) = 1,6748 ⋅ 10 -27 kg
pKS-Werte
pK S (C 2H4 OHCOOH) = 3,86
pKL-Werte
pK L (Cd(OH)2 ) = 13,6
Physikalische Konstanten
c = 3 ⋅ 10 8 ms
N A = 6,022 ⋅ 10 23
1
mol
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Die Aufgabenstellung umfasst 6 Seiten
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Schriftliche Abiturprüfung 2005
Fach: Chemie
Prüfungsart: 1./2. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 5 Stunden
Aufgabe 1: Chemische Bindung, Organische Chemie
1.1
Es gibt eine Vielzahl organischer, sauerstoffhaltiger Verbindungen, die man aufgrund
charakteristischer Atomgruppierungen in verschiedene Stoffklassen einteilen kann.
Gegeben sind folgende Beispiele: Propanon, Propansäure, Propansäuremethylester,
Propanal und Propanol.
1.1.1 Geben Sie für die Verbindungen Propansäure, Propansäuremethylester und Propanal
die Strukturformeln an.
1.1.2 Erklären Sie an einem der Beispiele aus Aufgabe 1.1 den Begriff Keto-EnolTautomerie mit Hilfe geeigneter Strukturformeln.
1.1.3 Ordnen Sie die Verbindungen Propanal, Propansäure und Propan nach steigender
Siedetemperatur und begründen Sie Ihre Entscheidungen.
1.1.4 Formulieren Sie die Strukturformel für das Produkt aus der Reaktion zwischen
Propanon und Blausäure (HCN). Begründen Sie die unterschiedliche Reaktivität von
Propanon und Ethanal gegenüber einem nucleophil agierenden Teilchen.
1.2
Aus 2,3-Dichlorpropen (2,3-Dichlorprop-1-en) lässt sich unter geeigneten
Versuchsbedingungen ein Chlormolekül abspalten. Dabei entsteht die Verbindung A .
Zu dieser Verbindung A existiert ein Isomer, die Verbindung B mit der Formel C3H4 .
1.2.1 Geben Sie für die Verbindungen A und B die Strukturformeln an und benennen Sie
diese nach den IUPAC-Regeln.
1.2.2 Erläutern Sie auf der Grundlage des Orbitalmodells die Bindungsverhältnisse in der
Verbindung A, indem Sie die Bindungstypen und die entsprechenden
Orbitalüberlappungen angeben.
1.3
Bei der Bromierung von 1,3-Butadien (Buta-1,3-dien) entstehen verschiedene
Dibrombutenmoleküle. Bei höheren Temperaturen entsteht hauptsächlich die
Verbindung 1,4-Dibrom-2-buten (1,4-Dibrombut-2-en) und bei niedrigen
Temperaturen hauptsächlich 3,4-Dibrom-1-buten (3,4-Dibrombut-1-en).
1.3.1 Formulieren Sie mit Hilfe von Strukturformeln den Reaktionsmechanismus für die
Bildung des 3,4-Dibrom-1-butenmoleküls und beschreiben Sie die einzelnen Schritte
mit Fachbegriffen.
1.3.2 Erklären Sie mit Hilfe geeigneter Valenzstrichformeln des Carbenium-Ions
(σ-Komplex) die Bildung der verschiedenen Dibrombutenmoleküle
(kein Reaktionsmechanismus !).
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Schriftliche Abiturprüfung 2005
Fach: Chemie
Prüfungsart: 1./2. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 5 Stunden
1.4
Betrachten Sie folgende stickstoffhaltige Verbindungen: Ammoniak, Anilin
(Aminobenzol) und Dimethylamin.
1.4.1 Erklären Sie die Basizität des Dimethylamins im Sinne Brönsteds und die
unterschiedliche Basenstärke von Dimethylamin und Ammoniak.
1.4.2 Beschreiben Sie anhand von sinnvollen Valenzstrichformeln (Grenzformeln) mit
bindenden und freien Elektronenpaaren die Mesomerie-Stabilisierung des Anilinmoleküls im Vergleich zu seiner korrespondierenden Säure. Erklären Sie, welche
Auswirkung die Mesomerie-Stabilisierung beim Anilin auf die Basenstärke hat.
1.5
Die nebenstehende Abbildung
zeigt in einer Übersicht die
Reaktivität verschiedener Stoffe.
Dabei ist zu beachten, dass die
Nebenprodukte einer Reaktion, die
nur in geringer Menge auftreten
oder für die Identifizierung ohne
Bedeutung sind, nicht angegeben
wurden. Weiterhin ist zu
berücksichtigen, dass nicht alle
Reaktionswege bezüglich der
Edukte beziehungsweise Produkte
vollständig beschriftet sind.
B
+ Br2
A
1
2
H2
+ Na
+ H2 O
C
3
5
+ MnO4- / H+
4
+ HCl
D
WURTZ - Synthese
6
E
a) Die unbekannte Kohlenwasserstoffverbindung A reagiert mit Wasser nach dem
Mechanismus der elektrophilen Addition zu der Verbindung C.
b) Eine saure Permanganatlösung (Oxidationsmittel) kann die Verbindung C nicht
oxidieren.
c) Die Verbindung E hat die Summenformel C 8H18 und die Verbindung B C 4H8Br2 .
1.5.1 Geben Sie den Namen der Verbindung A an und formulieren Sie die
Reaktionsgleichungen mit Strukturformeln der organischen Verbindungen für die
Reaktionen d, g und h.
1.5.2 Benennen Sie den Reaktionstyp für die Reaktion g.
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Fach: Chemie
Prüfungsart: 1./2. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 5 Stunden
Aufgabe 2: Redoxreaktionen
2.1
Bei einigen Schauversuchen werden die unterschiedlichen Oxidationsstufen, die
reduzierende und oxidierende Wirkung und die Farbe des Iods für spektakuläre
Effekte ausgenutzt:
Bei der „Bierherstellung“ werden je eine farblose Lösung von Sulfit ( SO32− ) und
Iodat ( IO3− ) gleichzeitig in einen Bierkrug gegossen, wobei eine plötzliche
Braunfärbung eintritt. Der „Bierschaum“ wird durch Zugabe von etwas Spülmittel
erzeugt. Die Reaktion erfolgt im sauren Milieu in zwei Schritten: Im ersten Schritt
reagiert Sulfit mit Iodat zu Sulfat und Iodid, anschließend reagiert Iodid mit
weiterem Iodat zu elementarem, braunem Jod und Wasser.
Formulieren Sie für beide Schritte jeweils die Teilgleichungen der Oxidation und
Reduktion. Schreiben Sie für die zweite Reaktion die Gesamtgleichung. Erläutern Sie
am Beispiel des Redoxpaares
2.2
I− / I2 den Begriff Oxidation.
In einem von Edison entwickelten Akkumulator besteht eine Elektrode aus Eisen, die
andere aus schwerlöslichem Nickel(III)-hydroxid. Zwischen beiden Platten befindet
sich 20-prozentige Natronlauge. Die Zellspannung beträgt 1,27 V.
2.2.1 Formulieren Sie die Teilgleichungen beim Entladen des Akkus, wenn Nickel und
Eisen in die Oxidationszahl + II übergehen und schwerlösliche Hydroxide bilden.
Ordnen Sie den Elektroden die Begriffe Anode, Katode, Pluspol und Minuspol zu.
2.2.2 Das Potenzial der Fe /Fe(OH) 2 –Halbzelle wird in der Literatur mit -0,88 V
angegeben. Erklären Sie die Abweichung dieses Potenzials von dem unter
Standardbedingungen (siehe Tabelle im Anhang).
Berechnen Sie das Potenzial der Nickelhydroxidhalbzelle.
2.2.3 Das galvanische Element lässt sich wieder aufladen. Mit welchem Pol einer
Gleichstromquelle muss die Eisenelektrode verbunden werden?
An dieser Elektrode sind beim Laden theoretisch mehrere Reaktionen möglich.
Formulieren Sie die möglichen Reaktionen und begründen Sie, warum die
gewünschte Reaktion abläuft (pH ≈ 14).
2.2.4 Formulieren Sie die Gesamtgleichung für den Ladeprozess. Wie ändert sich die
Konzentration der Hydroxidionen beim Laden? Geben Sie an, welche Elektrode bei
der Elektrolyse Anode beziehungsweise Katode ist.
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Fach: Chemie
Prüfungsart: 1./2. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 5 Stunden
2.3
In einem Praktikum wurden durch Versuche und Messungen unter Standardbedingungen folgende Informationen über zwei Metalle X und Y und ihre
korrespondierenden Kationen X n+ und Y m+ gesammelt:
2.3.1 Das Metall X geht in Lösung, wenn es in eine Lösung eines Ni2 + - Salzes taucht,
während mit einer Cr 3 + -lösung keine Reaktion erfolgt. Zinn (Sn) kann die X n + Ionen nicht reduzieren, auf einem Eisenblech bildet sich X aus der entsprechenden
Salzlösung. Klären Sie mit Hilfe der Potenzialtabelle, um welches Metall es sich
handeln könnte.
2.3.2 Zwischen dem Halbelement Y / Y m+ und dem I− /I -Halbelement wurde 1,28 V
2
Spannung, zwischen dem Halbelement Y / Y m+ und dem Pb / Pb2 + -Halbelement
0,61 V gemessen. Klären Sie mit Hilfe der Potenzialtabelle, um welches Metall es
sich handelt. Bei der ersten Messung hätte auch die Feststellung des Minuspols
genügt, um das Redoxpaar eindeutig zu bestimmen. Begründen Sie diese Aussage.
2.4
Fe
Fe
Ag
Ag
a)
b)
Fe
Fe
Mg
c)
d)
2.4.1 Die Abbildung in 2.4 zeigt in einer Übersicht die Durchführung von vier
Laborversuchen. Die Glasschalen a bis d enthalten jeweils eine wässrige Lösung, die
mit dem Indikator Bromthymolblau angefärbt ist. In den Schalen a, b und c liegt
eine schwach saure Lösung vor, deren pH-Wert so eingestellt ist, dass bei Zugabe
des Eisenstabs keine Gasentwicklung zu beobachten ist. Anschließend wird ein
zweiter Metallstab (Silber, Magnesium) auf beziehungsweise neben den ersten
gelegt und die Glasschalen verschlossen.
Formulieren Sie für die Schalen a bis c die zu erwartenden Beobachtungen und
begründen Sie.
Die neutrale, wässrige Lösung in der Schale d wird nach Zugabe des Eisenstabs mit
Sauerstoff angereichert und nicht verschlossen. Nach einiger Zeit lässt sich eine
Blaufärbung der Lösung beobachten. Erklären Sie, welche Reaktion abläuft.
2.4.2 Welche Rückschlüsse lassen die Laborversuche a bis c aus Aufgabe 2.4 über die
Korrosion von Werkstücken aus Eisen zu? Welche Anwendung findet der
Modellversuch in Glasschale c in der Technik?
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Fach: Chemie
Prüfungsart: 1./2. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 5 Stunden
Aufgabe 3: Grundlagen der Kernchemie, Protolysen und Anwendungen des MWG auf
Ionengleichgewichte
3.1
Kalium besteht zu 99,988 % aus den stabilen Isotopen K-39 und K-41 und zu
0,012 % aus dem β − -Strahler Kalium-40. Die Halbwertszeit des Urnuklids K-40
beträgt 1,3 ⋅ 10 9 Jahre.
3.1.1 Erklären Sie den Begriff Isotop und erläutern Sie diesen am Beispiel der
Kaliumisotope.
3.1.2 Formulieren Sie die Zerfallsreaktion für Kalium-40.
3.1.3 Berechnen Sie, wie viel Zeit seit der Entstehung der Erde vergangen ist, wenn die
Aktivität von Kalium-40 heute nur noch 12,5% der Anfangsaktivität beträgt.
3.1.4 Ein weiteres Urnuklid ist Thorium-232 (Th-232). Geben Sie an, welches Nuklid
daraus nach fünf α- und zwei β − -Zerfallsschritten entsteht. Der Lösungsweg muss
ersichtlich sein.
3.2
Bei der Untersuchung einer Probe eines radioaktiven Stoffes stellt man fest, dass
pro Stunde 89355 α-Zerfallsereignisse und 113145 β − -Zerfallsereignisse
stattfinden.
Geben Sie an, was man unter der Aktivität versteht. Berechnen Sie die Aktivität
dieser Probe.
3.3
Die Untersuchung bestimmter Heliumatomkerne ergibt eine Masse von
6,6442 ⋅ 10 -27 kg. Berechnen Sie die Energie, die beim Aufbau von 1 mol dieser
Heliumatomkernen aus Nukleonen frei wird.
3.4
1930 konnte Walter Bothe durch Bestrahlen von Beryllium-9 mit α-Strahlen
Neutronenstrahlen erzeugen. Durch Bestrahlung mit diesen Neutronen kann man
aus Lithium-6 „Tritium“ (Wasserstoff-3) bzw. aus Stickstoff-14 „Radiokohlenstoff“
C-14 erzeugen.
3.4.1 Formulieren Sie die kernchemische Gleichung für das von Bothe durchgeführte
Experiment.
3.4.2 Geben Sie sowohl für die Bildung von Tritium als auch von Radiokohlenstoff die
Kerngleichungen in der Kurzschreibweise an.
3.5
Der erste funktionsfähige Reaktor (ein Versuchsreaktor) war aus 52 t Uran, 1350 t
Grafit und Stäben aus Cadmium aufgeschichtet. Ein Kühlmittel fehlte bei diesem
Reaktor.
Erläutern Sie die Funktion dieser Stoffe im Reaktor unter Verwendung von
Fachbegriffen und geben Sie jeweils einen anderen Stoff an, der ebenfalls diese
Funktion übernehmen könnte.
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Fach: Chemie
Prüfungsart: 1./2. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 5 Stunden
Hinweis: Für alle folgenden Berechnungen sind die erforderlichen Beziehungen
herzuleiten; Vereinfachungen, die bei Berechnungen vorgenommen werden,
sind anzugeben und zu begründen.
3.6
Durch die Gärung bildet sich bei der Sauerkrautherstellung die schwache Säure
Milchsäure (2-Hydroxypropansäure, empfohlene Abkürzung: HL, die Salze der
Milchsäure heißen Lactate). Sauerkrautsaft hat nach abgeschlossener Gärung
einen pH-Wert von 3,93.
3.6.1 Berechnen Sie, wie viel g Milchsäure in 1 Liter Sauerkrautsaft gelöst sind.
3.6.2 Zu 0,1 Liter Milchsäure mit der Konzentration c (HL) = 0,1 mol tropft man 2 ml
o
l
.
Natronlauge der Konzentration c o (NaOH) = 2,5 mol
l
Berechnen Sie den pH-Wert der entstehenden Lösung. Eine Volumenänderung
kann dabei vernachlässigt werden.
Beschreiben Sie die besonderen Eigenschaften dieser Lösung.
3.6.3 Zu 0,1 Liter Milchsäure mit der Konzentration c (HL) = 0,1 mol tropft man
o
l
.
4 ml Natronlauge der Konzentration c o (NaOH) = 2,5 mol
l
Berechnen Sie den pH-Wert der entstehenden Lösung. Eine Volumenänderung
kann dabei vernachlässigt werden.
3.6.4 Überprüfen Sie anhand einer Rechnung, ob mit Hilfe von Cadmiumhydroxid
Cd (OH)2 eine Lösung mit dem in Aufgabe 3.6.3 ermittelten pH-Wert hergestellt
werden kann. (Falls Sie 3.6.3 nicht gelöst haben, vergleichen Sie mit einem pHWert von 9,0.)
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Saarland -- Ministerium für Bildung, Kultur und Wissenschaft
Abiturprüfung 2005
Kurs: Chemie
Standardpotenziale (in Volt) bei 25 0C in wässrigen Lösungen
reduzierte Form
/ oxidierte Form
E0 (bzw. E)
Ag
Al
/ Ag+
/ Al
3+
Anlage: 1
E0 (bzw. E)
reduzierte Form
/ oxidierte Form
+0,80
Hg
/ Hg2+
+0,85
- 1,66
-
/ I2
+0,54
Au
3+
/ Au
+1,41
Be
/ Be2+
2 Br-
2I
K
+
/ K
- 2,92
- 1,97
Li
/ Li+
- 3,04
/ Br2
+1,07
Mg
/ Mg2+
- 2,36
Ca
/ Ca2+
- 2,87
Mn
/ Mn2+
- 1,18
2 Cl-
/ Cl2
+1,36
Mn2+ + 2 H2O
/ MnO2 (s) + 4 H+
2+
-
+
+1,23
Co
2+
/ Co
- 0,28
Mn + 4 H2O
/ MnO4 + 8 H
+1,49
Cr
/ Cr3+
- 0,74
Na
/ Na+
- 2,71
Cu
/ Cu+
+0,52
Ni
/ Ni2+
- 0,23
Cu
/ Cu2+
+0,35
2 H2O
/ O2 + 4 H+ (pH 0)
+1,23
Cu+
/ Cu2+
+0,17
2 H2O
/ O2 + 4 H+ (pH 7)
+0,82
2 F-
/ F2
+2,87
4 OH-
/ O2 + 4 H+ (pH 14)
+0,40
Fe
/ Fe
2+
+
- 0,41
H2O2
/ O2 + 2 H
+0,68
Fe
/ Fe3+
- 0,02
2 H2 O
/ H2O2 + 2 H+
+1,77
Fe2+
/ Fe3+
+0,77
Pb
/ Pb2+
- 0,13
½ H2
/ H+ (pH 0)
0,00
2 SO42-
/ S2O82-
+2,01
½ H2
/ H+ (pH 7)
- 0,42
Sn
/ Sn2+
- 0,14
½ H2
/ H+ (pH 14)
- 0,84
Zn
/ Zn2+
- 0,76
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Saarland -- Ministerium für Bildung, Kultur und Wissenschaft
Abiturprüfung 2005
Kurs: Chemie
Anlage: 2
Säurestärke (pKS) bei 25 0C
Säure
pKS
Säure
HClO4
-9
Al(H2O)63+
4,9
HI
-8
H2CO3
6,46
HBr
-6
H2S
7,06
HCl
-6
HSO3-
7,2
H2SO4
-3
H2PO4-
7,21
H3O+
- 1,74
NH4+
9,24
HNO3
- 1,32
HCN
9,4
1,46
Zn(H2O)62+
9,66
-
1,92
C6H5OH
10
H2SO3
1,96
HCO3-
10,4
H3PO4
1,96
CH3NH3+
10,64
Fe(H2O)63+
2,22
H2O2
11,62
HF
3,14
HPO42-
12,32
HNO2
3,35
HS-
12,9
HCOOH
3,77
H2O
15,74
C6H5COOH
4,22
NH3
23
C6H5NH3+
4,58
OH-
24
CH3COOH
4,76
C2H4OHCOOH
C2H5COOH
4,88
(COOH)2
HSO4
pKS
3,86
Seite 9 von 10
II
Hauptgruppen
III
IV
V
VI
VII VIII
4,0
H
1
1
6,9
Atommasse (u)
Atomsymbol
Ordnungszahl
2,1
9,0
2 Li
Be
H
1
3
1,0 4
1,5
23,0
24,3
3 Na
Ca
Sc
IV A
47,9
VA
50,9
Ti
V
VI A
52,0
VII A
54,9
12,0
B
(nach PAULING)
14,0
C
16,0
N
2
20,2
19,0
O
F
Ne
5
2,0 6
2,5 7
3,0 8
3,5 9
4,0 10
27,0
28,1
31,0
32,1
35,5
39,9
Al
VIII A
55,8
VIII A
58,9
VIII A
58,7
Cr Mn Fe
Co
Ni
IA
63,5
II A
65,4
Si
P
S
Cl
Ar
13 1,5 14 1,8 15 2,1 16 2,5 17 3,0 18
69,7
72,6
74,9
79,0
79,9
83,8
Cu Zn Ga Ge
As
Se
Br
Kr
19 0,8 20 1,0 21 1,3 22 1,5 23 1,6 24 1,6 25 1,5 26 1,8 27 1,8 28 1,8 29 1,9 30 1,6 31 1,6 32 1,8 33 2,0 34 2,4 35 2,8 36
85,5
87,6
88,9
91,2
92,9
95,9
(98)
101,1
102,9
106,4
107,9
112,4
114,8
118,7
121,8
127,6
126,9
131,3
5 Rb
Sr
Y
Zr
Nb Mo Tc
Ru Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
37 0,8 38 1,0 39 1,3 40 1,4 41 1,6 42 1,8 43 1,9 44 2,2 45 2,2 46 2,2 47 1,9 48 1,7 49 1,7 50 1,8 51 1,9 52 2,1 53 2,5 54
132,9
137,3
138,9
178,5
180,9
183,8
186,2
190,2
192,2
195,1
197,0
200,6
204,4
207,2
209,0
(209)
(210)
(222)
6 Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
55 0,7 56 0,9 57 1,1 72 1,3 73 1,5 74 1,7 75 1,9 76 2,2 77 2,2 78
(223)
(226)
(227)
(261)
(262)
(263)
(262)
(265)
(266)
7 Fr
87
Ra
0,7 88
Ac
0,9 89
Rf
1,1 104
140,1
Lanthanoide Ce
Db
Sg
Bh
Hs
2,4 80
Tl
1,9 81
Pb
1,8 82
Bi
1,8 83
Po
1,9 84
At
2,0 85
Rn
2,2 86
Mt
105
106
107
108
109
140,9
144,2
(145)
150,4
152,0
Pr
Au Hg
2,2 79
Kurs: Chemie
K
10,8
Elektronegativität
2,1
Nebengruppen
Mg
11 0,9 12 1,2
III A
39,1
40,1
45,0
4
He
1,0
157,2
158,9
162,5
Nd Pm Sm Eu Gd Tb
164,9
167,3
Dy Ho
168,9
173,0
Saarland – Ministerium für Bildung, Kultur und Wissenschaft
I
1,0
Abiturprüfung 2005
Periodensystem der Elemente
175,0
Er Tm Yb Lu
58 1,1 59 1,1 60 1,1 61 1,1 62 1,2 63 1,2 64 1,2 65 1,2 66 1,2 67 1,2 68 1,2 69 1,2 70 1,1 71 1,2
(232)
(231)
238,0
(237)
(244)
(243)
(247)
(247)
(251)
(254)
(257)
(258)
(259)
(260)
Th
90
Pa
1,3 91
1,5 92
U
Np
1,4 93
Pu Am Cm Bk
1,3 94
1,3 95
1,3 96
1,3 97
Cf
1,3 98
Es Fm Md No
1,3 99
Lr
1,3 100 1,3 101 1,3 102 1,3 103 1,3
Anlage: 3
Actinoide
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Prüfungsart: 3. Prüfungsfach
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Erlaubte Hilfsmittel:
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ƒ Anlage 2: eine Tabelle mit pKS-Werten
ƒ Anlage 3: ein Periodensystem mit Angabe der Ordnungszahlen,
Atommassen und Elektronegativitätswerte
Angaben, die bei Bedarf verwendet werden können:
Elementarteilchen
m(p) = 1,6725 ⋅ 10 -27 kg
m(n) = 1,6748 ⋅ 10 -27 kg
pKS-Werte
pK S (C 2H4 OHCOOH) = 3,86
Physikalische Konstanten
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NA = 6,022 ⋅ 10 23
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Prüfungsart: 3. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 3,5 Stunden
Aufgabe 1: Chemische Bindung, Organische Chemie
1.1
Es gibt eine Vielzahl organischer, sauerstoffhaltiger Verbindungen, die man aufgrund
charakteristischer Atomgruppierungen in verschiedene Stoffklassen einteilen kann.
Gegeben sind folgende Beispiele: Propanon, Propansäure, Propansäuremethylester,
Propanal und Propanol.
1.1.1 Geben Sie für die Verbindungen Propansäure, Propansäuremethylester und Propanal
die Strukturformeln an.
1.1.2 Erklären Sie an einem der Beispiele aus Aufgabe 1.1 den Begriff Keto-EnolTautomerie mit Hilfe geeigneter Strukturformeln.
1.1.3 Ordnen Sie die Verbindungen Propanal, Propansäure und Propan nach steigender
Siedetemperatur und begründen Sie Ihre Entscheidungen.
1.1.4 Formulieren Sie die Strukturformel für das Produkt aus der Reaktion zwischen
Propanon und Blausäure (HCN). Begründen Sie die unterschiedliche Reaktivität von
Propanon und Ethanal gegenüber einem nucleophil agierenden Teilchen.
1.2
Aus 2,3-Dichlorpropen (2,3-Dichlorprop-1-en) lässt sich unter geeigneten
Versuchsbedingungen ein Chlormolekül abspalten. Dabei entsteht die Verbindung A .
Zu dieser Verbindung A existiert ein Isomer, die Verbindung B mit der Formel C3H4 .
1.2.1 Geben Sie für die Verbindungen A und B die Strukturformeln an und benennen Sie
diese nach den IUPAC-Regeln.
1.2.2 Erläutern Sie auf der Grundlage des Orbitalmodells die Bindungsverhältnisse in der
Verbindung A, indem Sie die Bindungstypen und die entsprechenden
Orbitalüberlappungen angeben.
1.3
Bei der Bromierung von 1,3-Butadien (Buta-1,3-dien) entstehen verschiedene
Dibrombutenmoleküle. Bei höheren Temperaturen entsteht hauptsächlich die
Verbindung 1,4-Dibrom-2-buten (1,4-Dibrombut-2-en) und bei niedrigen
Temperaturen hauptsächlich 3,4-Dibrom-1-buten (3,4-Dibrombut-1-en).
1.3.1 Formulieren Sie mit Hilfe von Strukturformeln den Reaktionsmechanismus für die
Bildung des 3,4-Dibrom-1-butenmoleküls und beschreiben Sie die einzelnen Schritte
mit Fachbegriffen.
1.3.2 Erklären Sie mit Hilfe geeigneter Valenzstrichformeln des Carbenium-Ions
(σ-Komplex) die Bildung der verschiedenen Dibrombutenmoleküle
(kein Reaktionsmechanismus !).
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- Seite 3 -
Schriftliche Abiturprüfung 2005
Fach: Chemie
Prüfungsart: 3. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 3,5 Stunden
1.4
Betrachten Sie folgende stickstoffhaltige Verbindungen: Ammoniak, Anilin
(Aminobenzol) und Dimethylamin.
1.4.1 Erklären Sie die Basizität des Dimethylamins im Sinne Brönsteds und die
unterschiedliche Basenstärke von Dimethylamin und Ammoniak.
1.4.2 Beschreiben Sie anhand von sinnvollen Valenzstrichformeln (Grenzformeln) mit
bindenden und freien Elektronenpaaren die Mesomerie-Stabilisierung des Anilinmoleküls im Vergleich zu seiner korrespondierenden Säure. Erklären Sie, welche
Auswirkung die Mesomerie-Stabilisierung beim Anilin auf die Basenstärke hat.
1.5
Die nebenstehende Abbildung
zeigt in einer Übersicht die
Reaktivität verschiedener Stoffe.
Dabei ist zu beachten, dass die
Nebenprodukte einer Reaktion, die
nur in geringer Menge auftreten
oder für die Identifizierung ohne
Bedeutung sind, nicht angegeben
wurden. Weiterhin ist zu
berücksichtigen, dass nicht alle
Reaktionswege bezüglich der
Edukte beziehungsweise Produkte
vollständig beschriftet sind.
B
+ Br2
A
1
2
H2
+ Na
+ H2 O
C
3
5
+ MnO4- / H+
4
+ HCl
D
WURTZ - Synthese
6
E
a) Die unbekannte Kohlenwasserstoffverbindung A reagiert mit Wasser nach dem
Mechanismus der elektrophilen Addition zu der Verbindung C.
b) Eine saure Permanganatlösung (Oxidationsmittel) kann die Verbindung C nicht
oxidieren.
c) Die Verbindung E hat die Summenformel C 8H18 und die Verbindung B C 4H8Br2 .
1.5.1 Geben Sie den Namen der Verbindung A an und formulieren Sie die
Reaktionsgleichungen mit Strukturformeln der organischen Verbindungen für die
Reaktionen d, g und h.
1.5.2 Benennen Sie den Reaktionstyp für die Reaktion g.
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- Seite 4 -
Schriftliche Abiturprüfung 2005
Fach: Chemie
Prüfungsart: 3. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 3,5 Stunden
Aufgabe 2: Redoxreaktionen
2.1
Bei einigen Schauversuchen werden die unterschiedlichen Oxidationsstufen, die
reduzierende und oxidierende Wirkung und die Farbe des Iods für spektakuläre
Effekte ausgenutzt:
Bei der „Bierherstellung“ werden je eine farblose Lösung von Sulfit ( SO32− ) und
Iodat ( IO3− ) gleichzeitig in einen Bierkrug gegossen, wobei eine plötzliche
Braunfärbung eintritt. Der „Bierschaum“ wird durch Zugabe von etwas Spülmittel
erzeugt. Die Reaktion erfolgt im sauren Milieu in zwei Schritten: Im ersten Schritt
reagiert Sulfit mit Iodat zu Sulfat und Iodid, anschließend reagiert Iodid mit
weiterem Iodat zu elementarem, braunem Jod und Wasser.
Formulieren Sie für beide Schritte jeweils die Teilgleichungen der Oxidation und
Reduktion. Schreiben Sie für die zweite Reaktion die Gesamtgleichung. Erläutern Sie
am Beispiel des Redoxpaares
2.2
I− / I2 den Begriff Oxidation.
In einem von Edison entwickelten Akkumulator besteht eine Elektrode aus Eisen, die
andere aus schwerlöslichem Nickel(III)-hydroxid. Zwischen beiden Platten befindet
sich 20-prozentige Natronlauge. Die Zellspannung beträgt 1,27 V.
2.2.1 Formulieren Sie die Teilgleichungen beim Entladen des Akkus, wenn Nickel und
Eisen in die Oxidationszahl + II übergehen und schwerlösliche Hydroxide bilden.
Ordnen Sie den Elektroden die Begriffe Anode, Katode, Pluspol und Minuspol zu.
2.2.2 Das Potenzial der Fe /Fe(OH) 2 –Halbzelle wird in der Literatur mit -0,88V
angegeben. Erklären Sie die Abweichung dieses Potenzials von dem unter
Standardbedingungen (siehe Tabelle im Anhang).
Berechnen Sie das Potenzial der Nickelhydroxidhalbzelle.
2.2.3 Das galvanische Element lässt sich wieder aufladen. Mit welchem Pol einer
Gleichstromquelle muss die Eisenelektrode verbunden werden? Formulieren Sie die
Gesamtgleichung für den Ladeprozess. Wie ändert sich die Konzentration der
Hydroxidionen beim Laden? Geben Sie an, welche Elektrode bei der Elektrolyse
Anode beziehungsweise Katode ist.
2.3
In einem Praktikum wurden durch Versuche unter Standardbedingungen folgende
Informationen über zwei Metalle X und Y und ihre korrespondierenden Kationen X n+
und Y m+ gesammelt:
2.3.1 Das Metall X geht in Lösung, wenn es in eine Lösung eines Ni2 + - Salzes taucht,
während mit einer Cr 3 + -lösung keine Reaktion erfolgt. Zinn (Sn) kann die X n + Ionen nicht reduzieren, auf einem Eisenblech bildet sich X aus der entsprechenden
Salzlösung. Klären Sie mit Hilfe der Potenzialtabelle, um welches Metall es sich
handeln könnte.
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Schriftliche Abiturprüfung 2005
Fach: Chemie
Prüfungsart: 3. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 3,5 Stunden
Aufgabe 3: Grundlagen der Kernchemie, Protolysen und Anwendungen des MWG auf
Ionengleichgewichte
3.1
Kalium besteht zu 99,988 % aus den stabilen Isotopen K-39 und K-41 und zu
0,012 % aus dem β − -Strahler Kalium-40. Die Halbwertszeit des Urnuklids K-40
beträgt 1,3 ⋅ 10 9 Jahre.
3.1.1 Erklären Sie den Begriff Isotop und erläutern Sie diesen am Beispiel der
Kaliumisotope.
3.1.2 Formulieren Sie die Zerfallsreaktion für Kalium-40.
3.1.3 Ein weiteres Urnuklid ist Thorium-232 (Th-232). Geben Sie an, welches Nuklid
daraus nach fünf α- und zwei β − -Zerfallsschritten entsteht. Der Lösungsweg muss
ersichtlich sein.
3.2
Die Untersuchung bestimmter Heliumatomkerne ergibt eine Masse von
6,6442 ⋅ 10 -27 kg. Berechnen Sie die Energie, die beim Aufbau von 1 mol dieser
Heliumatomkernen aus Nukleonen frei wird.
Hinweis: Für alle folgenden Berechnungen sind die erforderlichen Beziehungen
herzuleiten; Vereinfachungen, die bei Berechnungen vorgenommen werden,
sind anzugeben und zu begründen.
3.3
Durch die Gärung bildet sich bei der Sauerkrautherstellung die schwache Säure
Milchsäure (2-Hydroxypropansäure, empfohlene Abkürzung: HL, die Salze der
Milchsäure heißen Lactate).
3.3.1 Zu 0,1 Liter Milchsäure mit der Konzentration c (HL) = 0,1 mol tropft man 2 ml
o
l
Natronlauge der Konzentration c o (NaOH) = 2,5 mol
.
l
Berechnen Sie den pH-Wert der entstehenden Lösung. Eine Volumenänderung
kann dabei vernachlässigt werden.
Beschreiben Sie die besonderen Eigenschaften dieser Lösung.
3.3.2 Zu 0,1 Liter Milchsäure mit der Konzentration c (HL) = 0,1 mol tropft man
o
l
4 ml Natronlauge der Konzentration c o (NaOH) = 2,5 mol
.
l
Berechnen Sie den pH-Wert der entstehenden Lösung. Eine Volumenänderung
kann dabei vernachlässigt werden.
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Saarland -- Ministerium für Bildung, Kultur und Wissenschaft
Abiturprüfung 2005
Kurs: Chemie
Standardpotenziale (in Volt) bei 25 0C in wässrigen Lösungen
reduzierte Form
/ oxidierte Form
E0 (bzw. E)
Ag
Al
/ Ag+
/ Al
3+
Anlage: 1
E0 (bzw. E)
reduzierte Form
/ oxidierte Form
+0,80
Hg
/ Hg2+
+0,85
- 1,66
-
/ I2
+0,54
Au
3+
/ Au
+1,41
Be
/ Be2+
2 Br-
2I
K
+
/ K
- 2,92
- 1,97
Li
/ Li+
- 3,04
/ Br2
+1,07
Mg
/ Mg2+
- 2,36
Ca
/ Ca2+
- 2,87
Mn
/ Mn2+
- 1,18
2 Cl-
/ Cl2
+1,36
Mn2+ + 2 H2O
/ MnO2 (s) + 4 H+
2+
-
+
+1,23
Co
2+
/ Co
- 0,28
Mn + 4 H2O
/ MnO4 + 8 H
+1,49
Cr
/ Cr3+
- 0,74
Na
/ Na+
- 2,71
Cu
/ Cu+
+0,52
Ni
/ Ni2+
- 0,23
Cu
/ Cu2+
+0,35
2 H2O
/ O2 + 4 H+ (pH 0)
+1,23
Cu+
/ Cu2+
+0,17
2 H2O
/ O2 + 4 H+ (pH 7)
+0,82
2 F-
/ F2
+2,87
4 OH-
/ O2 + 4 H+ (pH 14)
+0,40
Fe
/ Fe
2+
+
- 0,41
H2O2
/ O2 + 2 H
+0,68
Fe
/ Fe3+
- 0,02
2 H2 O
/ H2O2 + 2 H+
+1,77
Fe2+
/ Fe3+
+0,77
Pb
/ Pb2+
- 0,13
½ H2
/ H+ (pH 0)
0,00
2 SO42-
/ S2O82-
+2,01
½ H2
/ H+ (pH 7)
- 0,42
Sn
/ Sn2+
- 0,14
½ H2
/ H+ (pH 14)
- 0,84
Zn
/ Zn2+
- 0,76
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Saarland -- Ministerium für Bildung, Kultur und Wissenschaft
Abiturprüfung 2005
Kurs: Chemie
Anlage: 2
Säurestärke (pKS) bei 25 0C
Säure
pKS
Säure
HClO4
-9
Al(H2O)63+
4,9
HI
-8
H2CO3
6,46
HBr
-6
H2S
7,06
HCl
-6
HSO3-
7,2
H2SO4
-3
H2PO4-
7,21
H3O+
- 1,74
NH4+
9,24
HNO3
- 1,32
HCN
9,4
1,46
Zn(H2O)62+
9,66
-
1,92
C6H5OH
10
H2SO3
1,96
HCO3-
10,4
H3PO4
1,96
CH3NH3+
10,64
Fe(H2O)63+
2,22
H2O2
11,62
HF
3,14
HPO42-
12,32
HNO2
3,35
HS-
12,9
HCOOH
3,77
H2O
15,74
C6H5COOH
4,22
NH3
23
C6H5NH3+
4,58
OH-
24
CH3COOH
4,76
C2H4OHCOOH
C2H5COOH
4,88
(COOH)2
HSO4
pKS
3,86
Seite 7 von 8
II
Hauptgruppen
III
IV
V
VI
VII VIII
4,0
H
1
1
6,9
Atommasse (u)
Atomsymbol
Ordnungszahl
2,1
9,0
2 Li
Be
H
1
3
1,0 4
1,5
23,0
24,3
3 Na
Ca
Sc
IV A
47,9
VA
50,9
Ti
V
VI A
52,0
VII A
54,9
12,0
B
(nach PAULING)
14,0
C
16,0
N
2
20,2
19,0
O
F
Ne
5
2,0 6
2,5 7
3,0 8
3,5 9
4,0 10
27,0
28,1
31,0
32,1
35,5
39,9
Al
VIII A
55,8
VIII A
58,9
VIII A
58,7
Cr Mn Fe
Co
Ni
IA
63,5
II A
65,4
Si
P
S
Cl
Ar
13 1,5 14 1,8 15 2,1 16 2,5 17 3,0 18
69,7
72,6
74,9
79,0
79,9
83,8
Cu Zn Ga Ge
As
Se
Br
Kr
19 0,8 20 1,0 21 1,3 22 1,5 23 1,6 24 1,6 25 1,5 26 1,8 27 1,8 28 1,8 29 1,9 30 1,6 31 1,6 32 1,8 33 2,0 34 2,4 35 2,8 36
85,5
87,6
88,9
91,2
92,9
95,9
(98)
101,1
102,9
106,4
107,9
112,4
114,8
118,7
121,8
127,6
126,9
131,3
5 Rb
Sr
Y
Zr
Nb Mo Tc
Ru Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
37 0,8 38 1,0 39 1,3 40 1,4 41 1,6 42 1,8 43 1,9 44 2,2 45 2,2 46 2,2 47 1,9 48 1,7 49 1,7 50 1,8 51 1,9 52 2,1 53 2,5 54
132,9
137,3
138,9
178,5
180,9
183,8
186,2
190,2
192,2
195,1
197,0
200,6
204,4
207,2
209,0
(209)
(210)
(222)
6 Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
55 0,7 56 0,9 57 1,1 72 1,3 73 1,5 74 1,7 75 1,9 76 2,2 77 2,2 78
(223)
(226)
(227)
(261)
(262)
(263)
(262)
(265)
(266)
7 Fr
87
Ra
0,7 88
Ac
0,9 89
Rf
1,1 104
140,1
Lanthanoide Ce
Db
Sg
Bh
Hs
2,4 80
Tl
1,9 81
Pb
1,8 82
Bi
1,8 83
Po
1,9 84
At
2,0 85
Rn
2,2 86
Mt
105
106
107
108
109
140,9
144,2
(145)
150,4
152,0
Pr
Au Hg
2,2 79
Kurs: Chemie
K
10,8
Elektronegativität
2,1
Nebengruppen
Mg
11 0,9 12 1,2
III A
39,1
40,1
45,0
4
He
1,0
157,2
158,9
162,5
Nd Pm Sm Eu Gd Tb
164,9
167,3
Dy Ho
168,9
173,0
Saarland – Ministerium für Bildung, Kultur und Wissenschaft
I
1,0
Abiturprüfung 2005
Periodensystem der Elemente
175,0
Er Tm Yb Lu
58 1,1 59 1,1 60 1,1 61 1,1 62 1,2 63 1,2 64 1,2 65 1,2 66 1,2 67 1,2 68 1,2 69 1,2 70 1,1 71 1,2
(232)
(231)
238,0
(237)
(244)
(243)
(247)
(247)
(251)
(254)
(257)
(258)
(259)
(260)
Th
90
Pa
1,3 91
1,5 92
U
Np
1,4 93
Pu Am Cm Bk
1,3 94
1,3 95
1,3 96
1,3 97
Cf
1,3 98
Es Fm Md No
1,3 99
Lr
1,3 100 1,3 101 1,3 102 1,3 103 1,3
Anlage: 3
Actinoide
Seite 8 von 8
- Seite 1 Schriftliche Abiturprüfung 2005 Nachtermin
Fach: Chemie
Prüfungsart: 3. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 3,5 Stunden
Erlaubte Hilfsmittel:
¾ Zugelassener Taschenrechner (nicht programmierbar)
¾ Folgende Anlagen (Anhang):
ƒ Anlage 1: eine Tabelle mit Standardpotenzialen
ƒ Anlage 2: eine Tabelle mit pKS-Werten
ƒ Anlage 3: ein Periodensystem mit Angabe der Ordnungszahlen,
Atommassen und Elektronegativitätswerte
Angaben, die bei Bedarf verwendet werden können:
Redoxpotenziale:
E (Co 2 + / Co 3 + ) = 1,8 V
Überspannungen:
η( Cl2 ) = + 0,25 V
η ( H2 ) = − 0,90 V
η( O 2 ) = + 1,00 V
an Grafit
an Grafit
an Grafit
Atommassen:
m(4 He) = 4,0026 u
m(206 Pb) = 205,9745 u
Physikalische Konstanten:
c = 3 ⋅ 10 8
m
s
1 u = 1,66 ⋅ 10 −27 kg
Energetische Einheiten:
1 MeV = 10 6 eV
1 eV = 1,6 ⋅ 10 −19 J
1J = 1
kg ⋅ m2
s2
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Die Prüfungsunterlagen umfassen 8 Seiten.
Die Aufgabenstellung umfasst 4 Seiten.
Seite 1 von 8
- Seite 2 Schriftliche Abiturprüfung 2005 Nachtermin
Fach: Chemie
Prüfungsart: 3. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 3,5 Stunden
Aufgabe 1: Chemische Bindung, Organische Chemie
1.1
Zu den technisch bedeutenden Stoffklassen gehören die Alkohole (Alkanole).
Aufgrund ihrer Vielfalt und ihrer besonderen Reaktivität sind sie häufig Ausgangsstoffe für Synthesen. Ein Beispiel für diese Stoffklasse ist 2-Butanol. Zu dieser
Verbindung existieren verschiedene Isomere.
1.1.1 Beschreiben Sie am Beispiel des 2-Butanols drei Isomeriearten, indem Sie die
Isomeriearten angeben, die entsprechenden Strukturformeln zuordnen und diese
nach den IUPAC-Regeln benennen.
1.1.2 Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen mit Strukturformeln für folgende Reaktionen:
a) 2-Butanol reagiert mit Kupferoxid.
b) 2-Butanol reagiert mit Ethansäure.
1.2
Die Quantenzahlen charakterisieren den Energiezustand der Orbitale, in denen
sich die Elektronen eines Atoms aufhalten. Der Energiezustand eines Elektrons
lässt sich durch die Kombination von vier Quantenzahlen angeben. Hauptquantenzahl (n), Nebenquantenzahl (l) und Magnetquantenzahl (m) stehen miteinander in
Beziehung: 0 ≤ l ≤ n – 1; -l ≤ m ≤ +l.
1.2.1 Geben Sie für das Elektron, das als fünftes in das 3d-Orbital „eingebaut“ wird,
die entsprechende Kombination der vier Quantenzahlen an. Welche Regel ist
beim „Einbau“ der ersten fünf 3d-Elektronen zu beachten?
1.2.2 Erklären Sie mit Hilfe der Quantenzahlen die maximal mögliche Anzahl an
3d-Orbitalen.
1.2.3 Entwickeln Sie für das Arsenatom die Elektronenkonfiguration im Grundzustand
(Elektronenzellenschreibweise).
1.3
Die organische Verbindung A lässt sich zu einer Dicarbonsäure oxidieren. Bei der
katalytischen Hydrierung (Platin / Wasserstoff) der Verbindung A entsteht die
Verbindung 1,3-Propandiol (Propan-1,3-diol). Zu der Verbindung A existiert ein
Isomer B, das spontan eine braune, wässrige Bromlösung entfärbt. Weiterhin
reagiert die Verbindung B mit Methanol zu einem Ester.
Geben Sie für die Verbindungen A und B die Strukturformeln an.
1.4
Diazomethan ist bei Zimmertemperatur ein nach feuchtem Laub riechendes,
giftiges Gas. Diazomethan hat die Summenformel H2CN2 mit der Atomreihenfolge: H2-C-N-N.
1.4.1 Überprüfen Sie anhand sinnvoller Valenzstrichformeln mit bindenden und freien
Elektronenpaaren, ob Mesomerie vorliegt.
Seite 2 von 8
- Seite 3 Schriftliche Abiturprüfung 2005 Nachtermin
Fach: Chemie
Prüfungsart: 3. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 3,5 Stunden
1.4.2 Erklären Sie ausgehend von den Bindungsverhältnissen (σ- und π-Bindungen) die
Elektronenbesetzung der Orbitale und die Hybridisierung des mittleren Stickstoffatoms in einer der Grenzformeln.
1.5
Bittermandelöl ist eine nach bitteren Mandeln riechende, ölige Flüssigkeit. Das
ätherische Öl mit marzipanähnlichem Geruch ist in Wasser wenig löslich und
kommt in den Kernen vieler Früchte sowie in bitteren Mandeln vor. Bittermandelöl besteht vorwiegend aus dem aromatischen Benzaldehyd (Phenylmethanal). Gibt man zu einer ammoniakalischen Silbernitratlösung einige Tropfen Benzaldehyd und erwärmt die Lösung, bildet sich an der Wand des Reagenzglases ein
Silberspiegel.
1.5.1 Formulieren Sie für die in 1.5 beschriebene Reaktion die Teilgleichungen der Oxidation und Reduktion (Strukturformeln der organischen Verbindungen).
Erklären Sie, wie eine pH-Erhöhung den Reaktionsablauf beeinflusst.
1.5.2 Vergleichen Sie die Siedetemperaturen von Benzaldehyd und Benzoesäure
(Phenylmethansäure) und begründen Sie Ihre Entscheidung.
1.5.3 Der aromatische Benzaldehyd reagiert mit Hydrogensulfit-Ionen analog den
aliphatischen Aldehyden wie zum Beispiel Ethanal.
Formulieren Sie die Strukturformel für das organische, aromatische Endprodukt.
1.6
Die Friedel-Crafts-Alkylierung ist eine bedeutende Methode zur Herstellung von
Alkylbenzol. Ein Beispiel für diese Synthese ist folgende Reaktion: Benzol reagiert
mit Chlormethan in Gegenwart von Aluminiumchlorid zu Toluol (Methylbenzol)
und einem Nebenprodukt.
1.6.1 Entwickeln Sie den Reaktionsmechanismus mit Hilfe von Strukturformeln, benennen Sie die Zwischenprodukte und geben Sie die Bedeutung des Aluminiumchlorids an.
1.6.2 Zeigen Sie anhand entsprechender Valenzstrichformeln - mit bindenden und
freien Elektronenpaaren - die Mesomeriestabilisierung des s-Komplexes auf.
Aufgabe 2: Redoxreaktionen
2.1
Kupfer löst sich in halbkonzentrierter Salpetersäure (HNO3) unter Bildung von
Stickstoffmonoxid (NO) auf. Schreiben Sie die Teilgleichungen für Oxidation und
Reduktion.
2.2
Folgende Behauptungen werden aufgestellt:
a) Kupfer löst sich in Säuren nicht unter Wasserstoffentwicklung auf.
b) Elementares Kupfer gewinnt man, indem man Wasserstoffgas durch eine
Lösung von Kupfer(II)-Ionen leitet. Kupfer fällt bei dieser Reaktion aus.
Seite 3 von 8
- Seite 4 Schriftliche Abiturprüfung 2005 Nachtermin
Fach: Chemie
Prüfungsart: 3. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 3,5 Stunden
c) Elementares Zink lässt sich nicht durch Einleiten von Wasserstoffgas in
Zinksulfatlösung (pH < 7) herstellen.
2.2.1 Überprüfen Sie diese Behauptungen, begründen Sie Ihre Aussagen und formulieren Sie die Redoxgleichung für 2.2 b .
2.2.2 Die Redoxreaktion aus 2.2 b kann zur Erzeugung von Gleichstrom benutzt werden. Skizzieren Sie den Aufbau des galvanischen Elementes, beschriften Sie in
der Skizze Plus- und Minuspol, Anode und Katode und kennzeichnen Sie die Fließrichtung der Elektronen.
2.3
Elementares Natrium wird durch Elektrolyse einer Natriumchloridschmelze an
Grafitelektroden hergestellt.
2.3.1 Formulieren Sie die Gleichungen für die Reaktionen, die am Pluspol und Minuspol
ablaufen.
2.3.2 Ersetzt man die Schmelze durch eine wässrige Lösung von Natriumchlorid können
neben den Reaktionen in 2.3.1 noch andere Reaktionen ablaufen. Formulieren
Sie alle denkbaren Reaktionen an den Elektroden und untersuchen Sie mit Hilfe
der Potenziale, welche Teilchen an beiden Polen zuerst abgeschieden werden.
2.4
Sechs verschiedene Salze, welche die
Ionen Fe 2 + , Fe 3 + , Co 2 + , Co 3 + , Mn2 +
und MnO −4 enthalten, werden einzeln in Reagenzgläsern gelöst. Gehen Sie bei
der folgenden Aufgabe von Standardbedingungen aus.
Sie entnehmen aus den Salzlösungen Proben und schütten zwei Proben zusammen. Geben Sie zwei verschiedene Gemische an, in denen eine Redoxreaktion
abläuft und formulieren Sie die entsprechende Redoxgleichung.
Aufgabe 3: Grundlagen der Kernchemie, Protolysen und Anwendungen des MWG auf
Ionengleichgewichte
3.1
Beim Reaktorunfall von Tschernobyl wurden zahlreiche radioaktive Isotope freigesetzt, darunter der β − -Strahler Caesium-137 (mit einer Aktivität von
4,8 ⋅ 1016 Bq und einer Halbwertszeit von 30 Tagen) und der α-Strahler Plutonium-239.
3.1.1 Formulieren Sie die Zerfallsreaktion des Plutoniumisotops Pu-239.
3.1.2 Erklären Sie, was man unter der Aktivität versteht.
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- Seite 5 Schriftliche Abiturprüfung 2005 Nachtermin
Fach: Chemie
Prüfungsart: 3. Prüfungsfach
Arbeitszeit: 3,5 Stunden
3.1.3 Ein Polonium-210 Atomkern (Po-210) emittiert ein α-Teilchen mit einer Energie
von 5 MeV. Berechnen Sie die genaue Masse des Mutternuklids in der atomaren
Masseneinheit (u) unter der Annahme, dass das α-Teilchen die gesamte Energie,
die dem Massendefekt entspricht, aufnimmt.
3.2
Die Erzeugung freier Neutronen kann auf dreierlei Weise erfolgen:
a) Beryllium-9 wird mit α-Teilchen beschossen; es entsteht neben einem
weiteren Teilchen ein Neutron.
b) Beryllium-9 wird mit Deuteronen 21H beschossen; dabei entstehen ein
Neutron und ein weiteres Teilchen.
c) Uran-235 wird durch Beschuss mit Neutronen gespalten; neben Xenon-140
entstehen drei Neutronen und ein weiteres Teilchen.
Formulieren Sie die kernchemischen Gleichungen für diese drei Methoden.
Hinweis: Für alle folgenden Berechnungen sind die erforderlichen Beziehungen
herzuleiten; Vereinfachungen, die bei Berechnungen vorgenommen werden, sind anzugeben und zu begründen.
3.3
Methylamin CH3NH2 ist bei Zimmertemperatur ein farbloses, brennbares, fischartig riechendes Gas, das sich in Wasser sehr gut löst. Methylamin ist eine schwache Base.
Für Versuche stehen folgende Lösungen zur Verfügung:
a) Salzsäure ( c o (HCl) = 0,2 mol
)
l
b) eine wässrige Lösung von Methylamin ( c o (MA) = 0,2 mol
)
l
c) eine wässrige Lösung von Methylammoniumchlorid ( c o (MAH+ Cl − ) = 2,0 mol
)
l
(Empfehlung: Verwenden Sie in Berechnungen und Herleitungen als Abkürzung
für Methylamin MA, für das Methylammoniumkation MAH+ )
3.3.1 Formulieren Sie unter Verwendung von Valenzstrichformeln die Reaktionsgleichung der Gleichgewichtsreaktion von Methylamin mit Wasser.
3.3.2 Berechnen Sie den pH-Wert der wässrigen Methylamin-Lösung.
3.3.3 100 ml der Methylamin-Lösung werden mit 100 ml Salzsäure gemischt. Berechnen
Sie den pH-Wert der Mischung.
Ende der Aufgabenstellung
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Saarland -- Ministerium für Bildung, Kultur und Wissenschaft
Abiturprüfung 2005
Kurs: Chemie
Standardpotenziale (in Volt) bei 25 0C in wässrigen Lösungen
reduzierte Form
/ oxidierte Form
E0 (bzw. E)
Ag
Al
/ Ag+
/ Al
3+
Anlage: 1
E0 (bzw. E)
reduzierte Form
/ oxidierte Form
+0,80
Hg
/ Hg2+
+0,85
- 1,66
-
/ I2
+0,54
Au
3+
/ Au
+1,41
Be
/ Be2+
2 Br-
2I
K
+
/ K
- 2,92
- 1,97
Li
/ Li+
- 3,04
/ Br2
+1,07
Mg
/ Mg2+
- 2,36
Ca
/ Ca2+
- 2,87
Mn
/ Mn2+
- 1,18
2 Cl-
/ Cl2
+1,36
Mn2+ + 2 H2O
/ MnO2 (s) + 4 H+
2+
-
+
+1,23
Co
2+
/ Co
- 0,28
Mn + 4 H2O
/ MnO4 + 8 H
+1,49
Cr
/ Cr3+
- 0,74
Na
/ Na+
- 2,71
Cu
/ Cu+
+0,52
Ni
/ Ni2+
- 0,23
Cu
/ Cu2+
+0,35
2 H2O
/ O2 + 4 H+ (pH 0)
+1,23
Cu+
/ Cu2+
+0,17
2 H2O
/ O2 + 4 H+ (pH 7)
+0,82
2 F-
/ F2
+2,87
4 OH-
/ O2 + 4 H+ (pH 14)
+0,40
Fe
/ Fe
2+
+
- 0,41
H2O2
/ O2 + 2 H
+0,68
Fe
/ Fe3+
- 0,02
2 H2 O
/ H2O2 + 2 H+
+1,77
Fe2+
/ Fe3+
+0,77
Pb
/ Pb2+
- 0,13
½ H2
/ H+ (pH 0)
0,00
2 SO42-
/ S2O82-
+2,01
½ H2
/ H+ (pH 7)
- 0,42
Sn
/ Sn2+
- 0,14
½ H2
/ H+ (pH 14)
- 0,84
Zn
/ Zn2+
- 0,76
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Saarland -- Ministerium für Bildung, Kultur und Wissenschaft
Abiturprüfung 2005
Kurs: Chemie
Anlage: 2
Säurestärke (pKS) bei 25 0C
Säure
pKS
Säure
HClO4
-9
Al(H2O)63+
4,9
HI
-8
H2CO3
6,46
HBr
-6
H2S
7,06
HCl
-6
HSO3-
7,2
H2SO4
-3
H2PO4-
7,21
H3O+
- 1,74
NH4+
9,24
HNO3
- 1,32
HCN
9,4
1,46
Zn(H2O)62+
9,66
-
1,92
C6H5OH
10
H2SO3
1,96
HCO3-
10,4
H3PO4
1,96
CH3NH3+
10,64
Fe(H2O)63+
2,22
H2O2
11,62
HF
3,14
HPO42-
12,32
HNO2
3,35
HS-
12,9
HCOOH
3,77
H2O
15,74
C6H5COOH
4,22
NH3
23
C6H5NH3+
4,58
OH-
24
CH3COOH
4,76
C2H4OHCOOH
C2H5COOH
4,88
(COOH)2
HSO4
pKS
3,86
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II
Hauptgruppen
III
IV
V
VI
VII VIII
4,0
H
1
1
6,9
Atommasse (u)
Atomsymbol
Ordnungszahl
2,1
9,0
2 Li
Be
H
1
3
1,0 4
1,5
23,0
24,3
3 Na
Ca
Sc
IV A
47,9
VA
50,9
Ti
V
VI A
52,0
VII A
54,9
12,0
B
(nach PAULING)
14,0
C
16,0
N
2
20,2
19,0
O
F
Ne
5
2,0 6
2,5 7
3,0 8
3,5 9
4,0 10
27,0
28,1
31,0
32,1
35,5
39,9
Al
VIII A
55,8
VIII A
58,9
VIII A
58,7
Cr Mn Fe
Co
Ni
IA
63,5
II A
65,4
Si
P
S
Cl
Ar
13 1,5 14 1,8 15 2,1 16 2,5 17 3,0 18
69,7
72,6
74,9
79,0
79,9
83,8
Cu Zn Ga Ge
As
Se
Br
Kr
19 0,8 20 1,0 21 1,3 22 1,5 23 1,6 24 1,6 25 1,5 26 1,8 27 1,8 28 1,8 29 1,9 30 1,6 31 1,6 32 1,8 33 2,0 34 2,4 35 2,8 36
85,5
87,6
88,9
91,2
92,9
95,9
(98)
101,1
102,9
106,4
107,9
112,4
114,8
118,7
121,8
127,6
126,9
131,3
5 Rb
Sr
Y
Zr
Nb Mo Tc
Ru Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
37 0,8 38 1,0 39 1,3 40 1,4 41 1,6 42 1,8 43 1,9 44 2,2 45 2,2 46 2,2 47 1,9 48 1,7 49 1,7 50 1,8 51 1,9 52 2,1 53 2,5 54
132,9
137,3
138,9
178,5
180,9
183,8
186,2
190,2
192,2
195,1
197,0
200,6
204,4
207,2
209,0
(209)
(210)
(222)
6 Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
55 0,7 56 0,9 57 1,1 72 1,3 73 1,5 74 1,7 75 1,9 76 2,2 77 2,2 78
(223)
(226)
(227)
(261)
(262)
(263)
(262)
(265)
(266)
7 Fr
87
Ra
0,7 88
Ac
0,9 89
Rf
1,1 104
140,1
Lanthanoide Ce
Db
Sg
Bh
Hs
2,4 80
Tl
1,9 81
Pb
1,8 82
Bi
1,8 83
Po
1,9 84
At
2,0 85
Rn
2,2 86
Mt
105
106
107
108
109
140,9
144,2
(145)
150,4
152,0
Pr
Au Hg
2,2 79
Kurs: Chemie
K
10,8
Elektronegativität
2,1
Nebengruppen
Mg
11 0,9 12 1,2
III A
39,1
40,1
45,0
4
He
1,0
157,2
158,9
162,5
Nd Pm Sm Eu Gd Tb
164,9
167,3
Dy Ho
168,9
173,0
Saarland – Ministerium für Bildung, Kultur und Wissenschaft
I
1,0
Abiturprüfung 2005
Periodensystem der Elemente
175,0
Er Tm Yb Lu
58 1,1 59 1,1 60 1,1 61 1,1 62 1,2 63 1,2 64 1,2 65 1,2 66 1,2 67 1,2 68 1,2 69 1,2 70 1,1 71 1,2
(232)
(231)
238,0
(237)
(244)
(243)
(247)
(247)
(251)
(254)
(257)
(258)
(259)
(260)
Th
90
Pa
1,3 91
1,5 92
U
Np
1,4 93
Pu Am Cm Bk
1,3 94
1,3 95
1,3 96
1,3 97
Cf
1,3 98
Es Fm Md No
1,3 99
Lr
1,3 100 1,3 101 1,3 102 1,3 103 1,3
Anlage: 3
Actinoide
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