1 - Studienkolleg der TU Berlin

Studienkolleg der Technischen Universität Berlin
Schriftliche Prüfung zur Feststellung der Eignung ausländischer
Studienbewerber für ein Hochschulstudium im Land Berlin
CHEMIE
Herbst 2002
Arbeitszeit : 3,5 Stunden Name: Prüfungsgruppe:
______________________________________________________________________
DATEN HILFSMITTEL
Periodensystem der Elemente; einsprachiges Wörterbuch; Taschenrechner
-2
R = 8,31 * 1O
bar * L/ (K * mol)
23
N = 6 * 1O
(1 / mol)
A
o
STP : p = 1,013 bar ; t = O C ; Schülke-Tafel
0
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Es ist eines der beiden Themen zu bearbeiten.
Thema I
Organische Silicium-Verbindungen heißen Silicone.
Bis vor 100 Jahren waren nur das reine Silicium und Silikate von
technischer Bedeutung.
1.)
Basis-Stoff der Silicone ist Silicium, das durch Reduktion von
Siliciumdioxid mit Kohlenstoff bei 2100 K gewonnen wird. Ein
anderes Endprodukt ist Kohlenstoffmonoxid.
Wie viel Liter Gas bilden sich bei p = 1 bar, wenn man 100 kg Si
herstellen möchte?
Achtung: Die Rechnung in 1.) ist nur dann sinnvoll, wenn eine
bestimmte Vorbedingungen erfüllt ist.
Welche Vorbedingung ist gemeint?
2.)
Bei der hohen Temperatur reagieren Siliciumdioxid und das Element
Si im Gleichgewicht zu SiO.
a) Notieren Sie die Gleichung für das Massenwirkungsgesetz MWG.
b) Kommentieren Sie den Wert der Massenwirkungskonstante K = 4 und
begründen Sie, dass K keine Einheit hat.
c) Das Monoxid kann sowohl reduzierend als auch oxidierend wirken.
Geben Sie eine kurze Erklärung an!
3.)
Zur Synthese von Siliconen benutzt man organische Cl-Verbindungen
vom Typ R-X : (R sind hier die Alkylgruppen -CH bzw. -C H
3
2 5 ,
X = Chlor) Benennen Sie die 6 organischen Verbindungen der
Tabelle:
R -C-Cl
3
R = - CH
3
R = -C H
2 5
R -C-Cl
2
2
R-C-Cl
3
4.)
Katalysator K für die Silicon-Herstellung ist das Element, das in
der 1. Nebengruppe, 4.Periode steht.
a) Prüfen Sie, ob der Katalysator K im festen Zustand den
elektrischen Strom leitet (mit Begründung!) und ob er eine Säure
bilden kann.
Geben Sie auch experimentelle Einzelheiten der Prüfung an.
b) Welche Systemgrößen kann ein Katalysator beeinflussen und welche
nicht?
5.)
Ein Silicon-Gemisch soll destilliert werden.
Dazu baut ein Student folgende Apparatur auf:
Schreiben Sie eine kurze Kritik!
6.)
Mg Si und Salzsäure reagieren zu SiH und einem Salz S.
2
4
a) Die Salzsäure hat den pH-Wert 1,5 . Wie viel Liter dieser Säure
sind nötig, um mit 1,20 mol Mg Si zu reagieren?
2
b) Ist SiH planar?
4
Geben Sie eine kurze Begründung an!
7.)a) Wie lautet der korrekte Name des Salzes MgCl ?
2
b) In einem Buch findet man für die Bindung im MgCl -Molekül
2
folgende Zeichnung:
Schreiben Sie eine kurze Kritik an den Buchautor.
8.)a) SiH reagiert mit T : 3,4-Dimethyl-Hex-3-en zu einer silicium4
organischen Verbindung.
Zeichnen Sie die Strukturformel von T.
b) Für eine ähnliche Reaktion sucht ein Student die Verbindung U:
1,2-Dipropyl-Ethin im Chemie-Lexikon. Warum kann er keinen
Eintrag finden?
c) In einer der beiden Verbindungen T bzw. U finden wir cis-transIsomerie.
Erklären Sie!
d) Bestimmen Sie die Oxidationszahlen des Kohlenstoffs in W.
9.)
Ausgangsstoff für eine weitere Synthese ist ein Stoff A , von dem
folgende Analysenwerte vorliegen:
18,60 %C ; 4.65 %H ; 55.04 %Cl ; 21.71 %Si
Zeichnen Sie zwei Isomere von A .
10)
Zur Untersuchung der Silicon-Synthese werden die radioaktiven
Isotope Si-24 und C-16 eingesetzt.
a) Welche gemeinsame Eigenschaft im Aufbau haben diese beiden Radio
nuklide?
b) Warum zerfallen sie auf verschiedenen Wegen?
c) Nach 2 sec haben sich 15,36 % Tochternuklid gebildet.
Berechnen Sie die Halbwertszeit des Zerfalls.
Thema II
Iod gehört zu den selteneren Elementen auf der Erde. Entsprechend hoch
ist der Preis. In höheren Konzentrationen ist Iod gesundheitsschädlich.
1.)
Die Dichte von Iod kann man nach der Formel
-3
D(I2)= -1.38*10
T + 5.33
3
berechnen ( T ist die Temperatur in Kelvin, in g/cm ).
o
o
a) Berechnen Sie die Dichte von Iod bei 20 C und bei 220 C .
Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse mit den experimentellen Befunden:
o
3
o
3
(exp.:) bei 20 C : 4,93 g/cm , bei 220 C : 0.62 g/cm .
Erklären Sie die Abweichung.
o
b) Bestimmen Sie die Formel von Iod bei 220 C aus den Werten:
m = 500 mg ; p = 831 mbar; V = 97,0 mL.
2.)
Mit Hilfe der abgebildeten Zeichnung kann Iod aus einem
Kochsalz/Iod-Gemisch gewonnen werden.
Schreiben Sie ein (kurzes) Protokoll und geben Sie den Namen der
Trennoperation an!
3.) Mischungen von Iod mit
A) Ammoniak;
B) Ammoniumchlorid;
C) Ethin
D) Ethanol;
E) Oxid des Cäsiums ;
F) Quecksilberoxid können zu gefährlichen exothermen Reaktionen
führen.
a) Notieren Sie die Formeln der Stoffe A bis F.
b) Mit A) bildet sich die hochexplosive Substanz G: NI * x NH (x
3
3
ist eine natürliche Zahl).
Berechnen Sie x, wenn G 6,80 % N enthält.
4.)
Zur Vorbereitung des Kapitels "Stickstoff-Halogenide" NX
Professor die Bindungslängen der Halogene X
3
an die Tafel
hat der
2
-12
geschrieben (in pm = 10
m)) : 142 ; 199; 228; 267 (pm)
a) Begründen Sie, warum die Werte von Fluor zum Iod zunehmen.
b) Die Verbindung NCl hat eine Bildungsenthalpie H = -125 kJ/mol.
3
B
Notieren Sie die Bildungsgleichung und berechnen Sie die
Reaktionsenthalpie H, bezogen auf 1 mol Chlor.
R
c) Wie viel mol NI kann man aus 100 g Stickstoff und 100 g Iod
3
herstellen?
5.)a) Ergänzen Sie die Kostenmatrix für Iod:
Stoff Iod NaI NaIO
4
KI KIO
3
Molmasse(g/mol) 254 214
Iod-Gehalt (%) 100 76 55
Preis/kg 118 80 94 65 91
Stoff
Preis/kg Iod 118 159 84 -b) In welchem Stoff ist das Iod am preisgünstigsten enthalten?
Lässt man Iodid-Ionen I A mit Iodat-Ionen IO
B reagieren, dann
3
entsteht elementares Iod C.
a) Ermitteln Sie für die Stoffe A, B und C die Oxidationszahlen.
b) Notieren Sie die vollständige Redoxgleichung.
6.)
7.)
Mit dem entstandenen Iod C kann man anschließend Sulfit-Ionen
2SO
D zu Sulfat E oxidieren.
3
Wie ändern sich:
+
a) die H -Ionenkonzentration,
b) der pH-Wert der Lösung während der Reaktion?
Begründen Sie Ihre Aussage mit Hilfe der Reaktionsgleichung.
8.)
Für die Reaktion der Aufgabe 7.) braucht man 125 mL einer IodatLösung der Konzentration c= 0,01 mol/L.
a) Wie viel Gramm Natrium-Iodat muss man einwägen?
b) Notieren Sie vier Wege (mit Reaktionsgleichungen) zur Synthese
des Na-Iodats.
9.)
Der pK-Wert der Iod-Säure HIO beträgt 2,0 .
3
a)
Notieren Sie die Gleichung des Massenwirkungsgesetzes MWG für die
Dissoziation der Säure in Wasser.
Bei welcher molaren Konzentration der Säure sind 50 % aller
Säure-Moleküle dissoziiert?
b)
10)a) Geben Sie die Strukturformel des Sulfit-Ions D mit allen ValenzElektronen an.
b)Welche räumliche Struktur hat das Anion?