Klausur Chemie für Verfahrenstechniker (1. Semester) 2010/2011

Name
Matr.-Nr.
Klausur
Chemie für Verfahrenstechniker (1. Semester) 2010/2011
am 16.02.2011
Hilfsmittel: Schreibgerät, Taschenrechner, handschriftliche Aufzeichnungen,
Präscriptum und Tafelwerk
Notwendige Konstanten sind angegeben. Antworten, Rechnungen und Lösungen
sind auf die ausgegebenen Aufgabenblätter zu schreiben.
Zusätzliche Blätter sind nicht erlaubt.
1. Die ionische Verbindung LiCl in der Gasphase wird mit einer Coulomb-Kraft
von 5,661·10-9 N zusammengehalten.
(a) Berechnen Sie den Bindungsabstand und die Coulomb-Energie.
(b) Ist der Bindungsabstand in der Gasphase im Vergleich zum Kristall gleich,
größer oder kleiner (mit Begründung)?
1
2.
(a) Ordnen Sie den Elementen in den folgenden Verbindungen formale
Ladungen (formale Oxidationsstufen) zu
HOCl
N2H4
UO2+
Na(AlSO4)
Na2O2
KClO4
(b) Geben Sie häufig vorkommende (ggf. formale) Oxidationsstufen des Schwefels
an!
(c) Vervollständigen Sie folgende Reaktionsgleichungen, indem Sie
stöchiometrische Faktoren und ggf. H+, OH- und H2O ergänzen (keine neuen
Produkte erfinden!)!
Zn +
AsH3
+
Cr(OH)3
IO3-
Cl2
+
NO3-
→
Zn2+
Ag+
→
As4O6
+
Ag
+ OBr-
→
CrO42- +
Br-
→
N2O4
→
ClO-
N2H4
NH4+
+
+
Cl-
d) In Kohle-, Öl- oder Gaskraftwerken entsteht neben Kohlendioxid und Wasser als
schädliches Nebenprodukt NO2. Es lässt sich durch Reaktion mit Ammoniak (NH3)
unschädlich machen (ggf. mit Hilfe eines Katalysators). Überlegen Sie, welche
unschädliche Stickstoffverbindung entstehen kann und formulieren Sie die
Reaktionsgleichung!
2
3. a) Sind die Verbindungen des Magnesiums ehr ionischer oder ehr kovalenter
Natur?
b) Erläutern Sie den Unterschied zwischen Elektronegativität und
Elektronenaffinität!
c) Die Elemente einer Hauptgruppe des Periodensystems werden als
Chalkogene bezeichnet. Was bedeutet das?
3
4.
(a) Skizzieren Sie die Geometrie eines ungeladenen Moleküls mit der
Summenformel C6H12O (suchen Sie sich zwei von mehreren Möglichkeiten aus) und
(b) geben Sie die Winkel zwischen den einzelnen Bindungen einer Ihrer
Verbindungen nach a) an (bei cyclischen Verbindungen näherungsweise) und
(c) nummerieren Sie die C-Atome und geben Sie an, welche Hybridisierung an den
verschiedenen C-Atomen vorliegt und
(d) Benennen Sie Ihre Verbindungen!
4
5. a) In einem 5-Liter-Gefäß befinden sich 38,4 g O2-Gas bei 10 °C. Berechnen Sie
den Druck einmal nach dem Gesetz für ideale Gase und einmal nach der van-derWaals-Gleichung!
(b) Welche Korrekturen werden durch die Konstanten a und b berücksichtigt und
welche molekularen Eigenschaften sind daraus zu gewinnen?
MO = 15,999 g/mol
R = 8,314 J/(mol K), a(O2) = 1,378 bar dm6/mol2, b(O2) = 0,0318 dm3/mol
1 bar = 105 Pa
pv = nRT
(p + a/V2) (V - b) = RT
V = v/n
5
6. Entscheiden Sie, ob die Reaktion 6 NO2 + 8 NH3 → 7 N2 + 12 H2O unter
Standardbedingungen freiwillig abläuft mit Hilfe folgender Angaben:
NO2:
NH3:
N2:
H2O (fl):
∆BH⊝
+33,1 kJ/mol
-80,8 kJ/mol
S⊝
240.4 J mol–1 K–1
192.5 J/(mol K)
191.5 J mol–1 K–1
69.9 J mol–1 K–1
-285.8 kJ/mol
∆RG⊝ = ∆RH⊝ - T∆RS⊝
6
7. a) In Kernkraftwerken entsteht u.a. 23994Plutonium, das sowohl im biochemischen
Sinne hochgiftig als auch wegen seines radioaktiven Zerfalls unter Aussendung von
α-Strahlung hochgefährlich ist. Die Halbwertszeit des radioaktiven Zerfalls beträgt
τ1/2 = 24110 Jahre. Das Plutonium kann teilweise nach chemischer Aufarbeitung in
neuen Brennstäben (oder für Atomwaffen) genutzt werden. Der Rest muss als Abfall
sicher gelagert werden, bis das Plutonium zu einer unbedeutenden Restmenge
zerfallen ist. Berechnen Sie, wie lange es dauert, bis nur noch 1 % der eingelagerten
Menge vorhanden ist.
ln N = ln N0 - k·t
τ1/2 = ln2/k
7
8. a) Berechnen Sie die Elektromotorische Kraft EMK eines Elements bei 30
°C aus einer Kupferelektrode, die in eine 0,0003 molare Kupfersulfatlösung getaucht
ist, und einer Nickelelektrode, die in eine 0,0006 molare Nickelsulfatlösung getaucht
ist.
b) Was gibt die Faradaykonstante an?
c) Formulieren Sie die Zellreaktion und berechnen Sie deren freie
Reaktionsenthalpie (Triebkraft)!
EMK = ∆EΘ – [RT/(nE FF)] ln(c1ν1/c2ν2)
∆EΘ Differenz der Standardpotenziale EΘ (Differenz positiv einsetzen);
EΘ(Cu2+/Cu) = +0,34 V, EΘ(Ni2+/Ni) = -0,24 V
R siehe 5. Aufgabe
nE: Zahl der bei der Zellreaktion umzusetzenden Elektronen
FF: Faraday-Konstante. 96485 As/mol = 96485 C/mol
c1(c2): Konzentration des Salzes des Metalls mit dem niedrigeren (höheren)
Standardpotenzial
ν: stöchiometrische Koeffizienten der Zellreaktion.
∆RG⊝ = – nE EMK FF
8
9. Benennen Sie folgende Verbindungen
NH2
Cl
OH
CH3
NO2
O
9
10. Erläutern Sie
±I-Effekt und ±M-Effekt
Ordnen Sie folgenden Substituenten ggf. obige Effekte zu
-Br
-CH=CH-O-R
-NH2
10
11. Formulieren Sie folgende zwei Reaktionsmechanismen an je einem Beispiel:
radikalische Substitution (an gesättigten Verbindungen) und
elektrophile Addition an Doppelbindungen
11
12. Welche Verbindungen können aus folgenden Reaktanden entstehen? Geben
Sie die Namen der zugehörigen Reaktionsmechanismen an!
a)
NH2
+
Br
+
b)
Br2
O
c)
OH
+
HO
12