„Chemie für Maschinenbau“ VO 153.494
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Chemie für Maschinenbau, © Guido Kickelbick Fragenkatalog aus dem Abschlusstest für die Vorlesung „Chemie für Maschinenbau“ VO 153.494 Richtig oder falsch? Sind folgende Aussagen richtig oder falsch? Wenn die Aussage falsch ist begründen Sie warum. • Isotope sind Atome gleicher Ordnungszahl aber unterschiedlicher Elektronenzahl. • Jedes Orbital in einem Atom wird durch einen Satz der drei Quantenzahlen n, l und m identifiziert. • Bei einer Elektrolyse findet an der Kathode die Oxidation statt. Die Kathode ist bei diesem Prozess positiv geladen. • Eisen löst sich in konzentrierter HNO3 besser als in verdünnter Salpetersäure. • Natronlauge reagiert mit Salzsäure zu Wasser und Natriumchlorid. Diesen Prozess nennt man Neutralisation. • Ein Schmierfett ist beispielsweise ein Gemisch aus einer Seife und einem mineralischen Öl. • Elemente sind Stoffe, die in keine einfacheren Stoffe zerlegt werden können. • Protonen, Neutronen und Elektronen besitzen unterschiedliche Ladungen aber gleiche Massen. • In einer ionischen Bindung besitzen die beteiligten Atome etwa die gleiche Elektronegativität. • Das elektrochemische Potential ist von Temperatur und Konzentration der Reaktionspartner unabhängig. • Fette sind Ester des Alkohols Glycerin mit meist höheren gesättigten oder ungesättigten Fettsäuren. • Verbindungen sind Stoffe die aus verschiedenen Elementen in definierter Zusammensetzung bestehen. • An den meisten chemischen Reaktionen sind der Atomkern und die Elektronenhülle beteiligt. • Eine Oxidation ist die Aufnahme von Elektronen durch Atome oder Moleküle. • Der pH-Wert von Säuren ist größer sieben, der von Basen kleiner sieben. • Ein Mol eines Elementes oder einer Verbindung enthält immer 6.022 ⋅ 1023 Teilchen. • Durch Entparaffinieren eines Mineralöls wird dessen Stockpunkt herabgesetzt. • Die Ordnungszahl Z gibt die Anzahl der Kernteilchen an. • Alle Atome eines Elementes besitzen die gleiche Ordnungszahl. • Die Elektronen in einem Orbital stimmen in drei Quantenzahlen überein. • Verbindungen sind Stoffe die aus verschiedenen Elementen in definierter Zusammensetzung bestehen. • An den meisten chemischen Reaktionen sind der Atomkern und die Elektronenhülle beteiligt. • π-Bindungen können durch die Überlappung von p-Orbitalen oder von d- und p-Orbitalen gebildet werden. • Der Siedepunkt von Alkanen ist von der Kettenlänge und vom Verzweigungsgrad abhängig. • Benzol besteht aus einem gewinkeltem Ring mit sieben Kohlenstoffatomen. Es sind drei isolierte Doppelbindungen vorhanden in denen die Elektronen lokalisiert sind. • Je positiver das Potential eines Redoxpaares gegenüber der Normalwasserstoffelektrode in der elektrochemischen Spannungsreihe ist, desto unedler ist das Element. • Ein Katalysator hat keinen Einfluss auf die Lage eines chemischen Gleichgewichts. • Jedes Element des Periodensystems kann mehrere unterschiedliche Oxidationszahl in seinen Verbindungen annehmen. Reihen Sie die Metalle vom unedelsten zum edelsten: Eisen - Silber – Natrium – Zinn – Platin TU-Wien, Institut für Materialchemie 1 Chemie für Maschinenbau, © Guido Kickelbick Welche Verbindung der folgenden Paare ist besser löslich in Wasser? a) CH3OH, CH3CH3; b) CCl4, NaCl, c) CH3F, CH3Cl; d) N2O, N2; e) NH3, CH4 Durch welche Größe wird die Zündwilligkeit von Dieselkraftstoff ausgedrückt? Durch das Mischungsverhältnis welcher Chemikalien wird diese Größe bestimmt? Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen im Motor handelt es sich formal um eine Oxidation, wobei Kohlendioxid und Wasser entsteht. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die vollständige Verbrennung des einfachsten Kohlenwasserstoffs Methan. Welche Substanz wird dabei oxidiert und welche reduziert? Welche drei prinzipiellen Arten der Korrosion unterscheidet man? Erklären Sie stichpunktartig die Charakteristika der verschiedenen Korrosionsarten. Wie ist der Stockpunkt eines Mineralöls definiert? Wie kann man diesen verbessern? Reihen Sie folgende Verbindungen nach ihrem Siedepunkt (vom niedrigsten zum höchsten): Propan - Methan – Ethan – Butan – iso-Butan Erklären Sie die Reihenfolge. Schätzen Sie ab, welche der folgenden Bindungen in jedem Paar stärker polar ist: a) N-H, N-F; b) C-H, C-Cl, c) C-C, C-O Welche Kohlenwasserstoffklassen sind im Erdöl als Grundtypen enthalten? Bei der Korrosion von Eisenmetall an Luft entsteht Rost (Fe2O3). Formulieren Sie die chemischen Gleichungen für die Reduktion und die Oxidation. Bestimmen Sie die Oxidationszahlen und schreiben Sie die Gesamtgleichung. Über welchen chemischen Mechanismus läuft die Verbrennung von Treibstoff im Motor ab (Stichwort genügt)? Wodurch entsteht das Klopfen und wie kann es verhindert werden? Was bezeichnet die SAE-Klasse eines Schmieröls und was versteht man unter einem Mehrbereichsöl? Bei der vollständigen Verbrennung von n-Oktan entsteht Kohlendioxid und Wasser. Stellen Sie die vollständige chemische Reaktionsgleichung auf. Wenn Sie annehmen, dass alle Ausgangsstoffe und Endstoffe gasförmig vorliegen um wie viele Liter vergrößert sich bei dieser Reaktion das Volumen unter der Annahme, dass die Reaktion in einem offenen System unter Normalbedingungen stattfindet? Ordnen Sie folgende drei Salze nach abnehmender Löslichkeit in Wasser CaCl2, CaCO3 und KCl. Von welcher Ioneneigenschaft hängt die Löslichkeit von Salzen entscheidend ab? Zeichnen Sie die Strukturformeln für folgende Verbindungen: a) Ethanol, b) Diethylether, c) Formaldehyd und d) Essigsäure TU-Wien, Institut für Materialchemie 2 Chemie für Maschinenbau, © Guido Kickelbick Formulieren Sie anhand des Lokalelements Zn/Cu die chemischen Reaktionen die bei der Korrosion von Zink im Anoden- und Kathodenraum ablaufen (inklusive Oxidationszahlen). Ordnen Sie die Begriffe Oxidation und Reduktion den chemischen Teilgleichungen zu. Wie ist der Begriff des Katalysators definiert? Welche drei Reaktionen werden vom Autoabgaskatalysator katalysiert (Stichworte)? Wie lautet die ideale Gasgleichung (inkl. Bedeutung der Abkürzungen)? Welchen Zusammenhang haben Druck und Volumen, wenn ich Temperatur und Stoffmenge konstant halte? Eine Gasprobe hat ein Volumen von 650 ml bei 160 kPa. Wenn die Temperatur konstant gehalten wird, welches Volumen hat die Gasprobe bei 200 kPa? Wie ist ein Katalysator definiert? Beschreiben Sie die Wirkungsweise eines Katalysators anhand einer Skizze des Reaktionsverlaufs einer chemischen Reaktion. Kohlenmonoxid reagiert mit Sauerstoff zu Kohlendioxid. Schreiben Sie die vollständige chemische Reaktionsgleichung. Formulieren Sie das Massenwirkungsgesetz für diese Gleichung. Was passiert bei einer Druckerhöhung? Schreiben Sie die Summenformeln für folgende Alkane Ethan, Propan, Butan und Methan. In welcher Reihenfolge nehmen die Siedepunkte dieser Verbindungen zu? In welche vier Klassen teilt man die Schmierstoffe ein? Welche Vorgänge laufen bei der Elektrolyse einer wässrigen Lösung von Kochsalz an der Anode und Kathode ab? (chemischen Gleichungen!) Wie ist der pH-Wert definiert? In welchem Zusammenhang stehen pH-Wert und pOH-Wert zueinander? Welchen pH-Wert besitzen folgende wässrige Lösungen 0,15 mol/l H2SO4 und 0,3 mol/l NaOH (beide Male unter Annahme der vollständigen Dissoziation). Bestimmen Sie alle Oxidationszahlen folgender Elemente in ihren Verbindungen. WO3, HNO3, MnO4-, OF2, NH4Cl Zeichnen Sie folgende Atomorbitale inklusive dem Vorzeichen der Wellenfunktion: s, p x , dx - y , dz (bitte Koordinatensystem mit einzeichnen und Achsen beschriften). 2 2 2 Nennen Sie die drei Arten die Konzentration einer Lösung anzugeben. Beschreiben Sie kurz die Unterschiede. Über welche zwei Modelle lässt sich die metallische Bindung erklären (mit Erläuterungen)? Erläutern Sie unter Verwendung eines der Modelle die Unterschiede zwischen Metall, Halbleiter und Isolator. Benennen Sie in untenstehender Gleichung die konjugierten Säure Base-Paare mit den Bezeichnungen Säure 1/2, Base 1/2. H2CO3 + H2O H3O+ + HCO3- TU-Wien, Institut für Materialchemie 3 Chemie für Maschinenbau, © Guido Kickelbick In einer Autobatterie findet die untenstehende Reaktion statt. Ordnen Sie allen Reaktionspartnern die Oxidationszahlen zu. Welche chemische Reaktion findet beim Entladen an der Kathode und welche an der Anode statt (Reaktionsgleichung!)? Entladen Pb + PbO2 + 2H2SO4 TU-Wien, Institut für Materialchemie Laden 2PbSO4 + 2H2O 4