Aufgaben und Lösungen Chemie-Olympiade 2004, Übungen von Chemie

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Aufgaben und Lösungen

des Auswahlverfahrens

und

der Olympiade

Band 10

Inhaltsverzeichnis

Aufgaben des Auswahlverfahrens

Teil 1

Die Aufgaben der vier Auswahlrunden

Aufgaben 1.Runde

Erste Runde

Aufgabe 1-1: Gase im Kuchen und anderswo

In Rezepten für Lebkuchen wird als Backtriebmittel u.a. Hirschhornsalz angegeben. Hirschhornsalz ist eine Mischung aus Ammoniumhydrogencarbonat und Ammoniumcarbamat. In der Literatur werden auch andere Zusammensetzungen genannt. a) Geben Sie andere Angaben für die Zusammensetzung von Hirschhornsalz an (mit Quelle).

Beim Erhitzen auf 180 °C zerfallen diese beiden Verbindungen. Nehmen Sie an, dass Hirschhornsalz gleiche Stoffmengen Ammoniumhydrogencarbonat und Ammoniumcarbamat enthält. b) Geben Sie die Reaktionsgleichungen für den Zerfall an und berechnen Sie, um welches Volumen sich der Teig durch den Zerfall von 1 g Hirschhornsalz bei 180°C höchstens vergrößert (p = 1,013 bar).

Bei der nächsten Teilaufgabe ist die Temperatur etwas höher. Bei sehr hohen Temperaturen dissoziiert molekularer Wasserstoff in seine Atome. Die Gleichgewichtskonstante für die Reaktion H 2 ←^ →^ 2 H bei 3000 K beträgt Kp = 2,51·10 -2^ bar. Betrachten Sie ein System, das nur Wasserstoff bei einem Gesamtdruck von 980 hPa enthält. c) Berechnen Sie den Partialdruck von atomarem Wasserstoff im Gleichgewicht. d) Berechnen Sie die Gasdichte (in kg/m^3 ) im Gleichgewicht unter den gegebenen Bedingungen.

Aufgabe 1-2: Meerwasser

In einem Schullabor sollen Schüler Meerwasser untersuchen. Dabei ist der Gehalt an Calcium-, Magnesium-, Natrium-, Chlorid- und Sulfationen zu bestimmen. Nehmen Sie zur Vereinfachung an, dass die Menge Carbonationen im Meerwasser vernachlässigbar klein ist und sonst keine anderen Ionen enthalten sind. Die folgenden Bestimmungen werden durchgeführt:

1. Man lässt 10 mL Meerwasser über einen Kationenaustauscher laufen und titriert die durchgelaufene Flüssigkeit mit Natronlauge (c = 0,500 mol/L). Durchschnittlicher Verbrauch: 11,76 mL.
2. 10 mL Meerwasser werden auf 100 mL verdünnt. Von dieser verdünnten Lösung werden 10 mL mit Silbernitratlösung (c = 0,086 mol/L) nach Mohr titriert. Durchschnittlicher Verbrauch: 6,21 mL.

Aufgaben 1.Runde

protokoll, wobei die Buchstaben Metalle und die Zah- len Salze repräsentieren.

Als er die Versuche beendet hatte, stieß er leider eine Flasche mit konzentrierter Schwefelsäure um, die über sein Proto- koll lief. Nur die beiden gezeigten Fetzen blieben übrig. Seine Mitschüler lachten ihn aus und meinten, nun müsse er wohl alles noch einmal ausführen. Am nächsten Tag kam er in die Schule, präsentierte das richtige Ergebnis und meinte, zwei der Informationen auf den Fetzen hätte er gar nicht gebraucht.

a) Ordnen Sie den Zahlen und Buchstaben die richtigen Chemikalien zu und geben Sie dabei an, wie Sie zu Ihrem Ergebnis gekommen sind.

b) Geben Sie an, welche Informationen der Schüler gar nicht benötigte.

Aufgabe 1-4: Blausäure aus Obst?

Für große Überraschung – aber auch für großen Schrecken – sorgte im 19. Jahrhundert die Nachricht, dass bei der sauren Hydrolyse eines Stoffes A, der in Kernen von Steinobst und bitteren Mandeln gefunden wurde, unter anderem Blausäure entsteht. Die Verbindung A hat die Summenformel: C 20 H 27 O 11 N. Die genaue Analyse ergab, dass neben Blausäure noch Glukose und Benzaldehyd vorliegt.

a) Formulieren Sie die stöchiometrisch abgeglichene Reaktionsgleichung der Hydrolyse von Verbindung A.

Weitere Untersuchungen zeigten, dass Verbindung A ein Glykosid ist. Glykoside sind weit verbreitete Pflanzenstoffe, die aus einem Zuckeranteil und einem „Nicht-Zuckeranteil“ be- stehen, welche durch eine glykosidische Bindung – entsprechend einer Etherbindung – mit- einander verbunden sind.

b) Geben Sie die Strukturformel der Verbindung A wieder. Dabei soll der gesamte Zuckeranteil als Summenformel [Cx Hy O (^) z] nicht weiter spezifiziert werden. Damit fallen auch alle stereospezifischen Überlegungen fort.

c) Antwort durch eine Formulierung der hierbei durchlaufenen Zwischenstufen und deren unterschiedlichen Stabilitäten.

Aufgaben 2.Runde

Zweite Runde

Aufgabe 2-

Willi Wusel hat die Angewohnheit, seine Nägel und Schrauben in Gläsern aufzubewahren. Eines Tages entdeckt er im Garten ein vergessenes Glas mit einem rostigen Nagel, in das es hineingeregnet hat. Als er den Nagel herausnimmt, bleibt ein rotbrauner Belag von Fe(OH) 3 am Glas hängen. Um das Glas zu säubern, versetzt er das Wasser im Glas solange mit Salzsäure (die er in seinem Schuppen gefunden hat), bis sich der Belag gerade vollständig aufgelöst hat. Das Glas (0,2 L) ist nun zu 3/4 mit einer gelblichen Lösung gefüllt.

Mit einem pH-Papier stellt er fest, dass die Lösung den pH-Wert von 2,0 hat. Die Salzsäure aus seinem Schuppen hat eine Konzentration von 0,5 mol/L. In die gelbe Lösung legt er dann eine Büroklammer aus Kupfer. Nach einiger Zeit hat sich die Farbe der Lösung verändert.

a) Welchen pH-Wert hat die Salzsäure aus dem Schuppen? b) Zeigen Sie, dass für die Chloridionen-Konzentration in der Lösung nach dem Auflösen des Belages in guter Näherung folgende Gleichung gilt: c(Cl-^ ) = 3 · (^3) W

L K

K (^) · c(H+) (^3) + c(H+)

c) Berechnen Sie die Konzentrationen von Chlorid und Eisen(III) in der gelben Lösung. Aus welcher Menge Rost (in mmol und mg) bestand der rotbraune Belag? d) Wie viel Salzsäure (in mL) hat Willi benötigt, um den Belag aufzulösen? e) Geben Sie an, wie sich die Farbe der Lösung verändert und begründen Sie ihre Antwort. Wie hoch sind die Konzentrationen der Eisen- und Kupfer-Ionen?

Angaben:

Löslichkeitsprodukt von Fe(OH) 3 : K (^) L = 2,0⋅ 10 -39^ mol^4 ⋅L - Ionenprodukt des Wassers: K (^) W = 1,0⋅ 10 -14^ mol^2 ⋅L - Redoxpotentiale: E 0 (Fe 3+/Fe 2+) = 0,771 V E 0 (Cu 2+/Cu) = 0,345 V Es herrschen sommerliche Temperaturen (27°C).

Aufgabe 2-

85,0 mg eines unbekannten rotbraunen Metalliodids werden unter Stickstoff-Atmosphäre in ein zylindrisches Metallrohr von 12,0 mm Durchmesser und 18,3 cm Länge gebracht. Die Werte für Temperatur und Druck werden gemessen: ϑ = 25,0°C, p = 1,013 bar; anschließend wird das Rohr verschlossen und auf eine konstante Temperatur von 450°C erhitzt. Die Druckveränderung im Rohr wird beobachtet, bis sich schließlich ein konstanter

Aufgaben 2.Runde

für EDTA. [ Beim Komplex H dagegen bitte die vollständige Strukturformel angeben. ] Die Koordinationsgeometrie am Metall muss klar ablesbar sein.

A : trans -[Cu II(gly) 2 ] B : [Zn(gly) 2 ] C : [Ca(EDTA)] 2- D : [Cu(bpy) 2 ]ClO 4 E : K 3 [Fe(C 2 O 4 ) 3 ] F : K 2 [Cu(C 2 O 4 ) 2 ] G : [Co III{ cis -Co III(NH 3 ) 4 (μ-OH) 2 } 3 ] 6+^ H : [Pt( meso -1,2-(NH 2 ) 2 C 6 H 10 )BrCl]

Erläuterungen: gly = Glycinat; bpy: 2,2’-Bipyridin; 1,2-(NH 2 ) 2 C 6 H 10 : 1,2-Diaminocyclohexan; zu G : die μ- OH-Gruppen verknüpfen die äußeren Co-Ionen mit dem zentralen.

b) Wieviele verschiedene Arten von achiralen einzähnigen Liganden (L 1 , L 2 ,…) braucht man mindestens , um mit einem oktaedrisch koordinierten Metallion (M) einen chiralen Komplex zu erhalten? c) Wie lautet die Zusammensetzung des Komplexes aus der Teilaufgabe b)? Zeichnen Sie die alle möglichen räumlichen Strukturen dieses Komplexes. Geben Sie bitte an, welche Komplexe chiral sind und welche nicht.

Die Synthese eines Liganden und eines abgeleiteten Komplexes lautet:

P C 5 H 5 N

1. KNH 2 / NH 3 (l)
2. [O] Q R S

NaNO 2 , HBr, CuBr

Cu 0 -Pulver ∆

d) Verfolständigen Sie das Syntheseschema. P ist eine giftige, übelriechende, mit Wasser mischbare schwache Base. e) Ein Überschuss von S wird mit Eisen(II)-sulfat umgesetzt; hierbei bildet sich ein Komplex T. Geben Sie die Zusammensetzung dieses Komplexes an. Zeichnen Sie die Struktur(en) aller Isomere. Geben Sie zudem das Orbitalschema für die d-Orbitale an.

Untersucht man die stufenweise Bildung des Komplexes T , so findet man, dass ganz ungewöhnlicher Weise die Gleichgewichtskonstante für den letzten Komplexierungsschritt größer als die Gleichgewichtskonstante für den vorletzen Schritt ist. f) Geben Sie hierfür eine mögliche Erklärung an, die die elektronische Situation der entsprechenden Komplexe berücksichtigt.

Aufgabe 2-

Siliciumdioxid kommt in der Natur sowohl kristallin (z.B. Bergkristall), als auch amorph (z.B. Opal) vor. Eine Möglichkeit der Nutzung von SiO 2 -Resourcen besteht in der Herstellung von Wassergläsern. Dabei wird SiO 2 (Quarzsand) mit viel Na 2 CO 3 geschmolzen, und das

N N

O

O O

O

Aufgaben 2.Runde

entstandene Glas wird unter Druck bei 160°C in Wasser gelöst. Analysiert man solch ein Wasserglas mittels 29 Si-NMR-Spektroskopie, so findet man im Spektrum meist 5 Gruppen von Signalen. a) Weshalb existiert unter normalen Bedingungen kein CO 2 -analoges gasförmiges SiO 2_? b) Geben Sie Beispiele für die Verwendung von Wassergläsern an. c) Welche 5 prinzipiellen_ Si -Umgebungen sind den^29 Si -NMR-Signalen bei Wassergläsern zuzuordnen?

Eine andere Möglichkeit, SiO 2 zu nutzen, besteht in der Reduktion zu Si, welches in gereinigter Form z. B. der Herstellung von Solarzellen dient. Es kann jedoch auch zu wichtigen Grundchemikalien weiterverarbeitet werden. So wird elementares Si bei etwa 300°C in Gegenwart von Katalysatoren mit Chlormethan umgesetzt, wobei als Hauptprodukte Methyl-chlorsilane (CH 3 )nSiCl4-n (n = 1, 2, 3) entstehen_. d) Formulieren Sie abgestimmte Reaktionsgleichungen für die Umsetzungen dieser 3 Chlorsilane mit einem Überschuss an Wasser. e) Wie heißen die Hydrolyseprodukte von_ (CH 3 ) 2 SiCl 2 und welche technische Bedeutung haben sie?

Als Element der 4. Hauptgruppe liegt Si in Verbindungen meist vierbindig und in der Oxidationsstufe +4 vor. Es gibt nur wenige Beispiele für stabile Verbindungen mit zweibindigem Si der Oxidationsstufe +2. Ein solcher Fall ist Verbindung E. Man stellt E her, indem 1,2-Ethandial mit 2 Äquivalenten A ( A = primäres Amin, C 4 H 11 N, 2 Signale im 13 C- NMR-Spektrum) zu B kondensiert wird. B reagiert mit 2 Äquivalenten Li unter Addition zu C. Nun wird C mit SiCl 4 zu D und 2 LiCl umgesetzt. Die Reduktion von D mit Kalium ergibt E. f) Stellen Sie die Gleichungen für alle genannten Reaktionen auf. Geben Sie die Strukturformeln der Verbindungen A , B , C , D , E an. Leiten Sie aus der elektronischen Struktur von E ab, warum diese Verbindung so außergewöhnlich stabil ist.

Eine andere Gruppe interessanter Si-Verbindungen besitzt zwar Si in der Oxidationsstufe +4, jedoch weist das Si-Atom zusätzlich koordinierte Donoratome auf. Das Si-Atom ereicht dabei die Koordinationszahl 6. (Verbindungen, in denen die laut Oktettregel zu erwartende Koordinationszahl überschritten wird, nennt man hyperkoordinierte Verbindungen). Solche Verbindungen Y und Z erhält man z. B. durch folgende Umsetzung:

N N

OH HO

Y Z

SiCl 4

• 2 X

ZnF (^2)

• ZnCl 2

Aufgaben 3.Runde, Klausur 1

Dritte Runde,Klausur 1

Für die beiden Klausuren der 3.Runde stand eine Formelsammlung und ein Periodensystem zur Verfügung.

Aufgabe 3-

A) Die folgende Salze werden mit konzentrierter Schwefelsäure vermischt. In welchem Fall ist keine Redoxreaktion zu erwarten? a) NaNO 3 b) Na 2 S 2 O 3 c) NaI d) Na 3 PO 4 e) Na 2 C 2 O 4 f) NaClO (^3)

B) Welches der folgenden Elemente besitzt die niedrigste zweite Ionisierungsenergie?

a) Be b) K c) Cs d) S e) Ba

C) Welches der folgenden Ionen besitzt den kleinsten Ionenradius?

a): Ag +^ b) F-^ c) H-^ d) Al3+^ e) Na +

D) Welches der folgenden Teilchen besitzt das am stärksten negative Redoxpotential?

a): F 2 b): Ag c): Na d): Li+^ e): C

E) Welche der folgenden Summenformeln repräsentiert exakt 5 Isomere?:

a): C 4 H 9 Cl b): C 7 H 16 c): C 6 H 6 d): C 3 H 7 Br

F) Welche der folgenden Summenformeln repräsentiert die meisten Isomere?

a): C 4 H 9 Cl b): C 7 H 16 c): C 6 H 6 d): C 3 H 7 Br

G) Welche der folgenden Abbildungen stellt nicht die (R,R)-2-Chlor-3-aminobutansäure dar?

H) In welchem der folgenden Alkohole wird die Hydroxylgruppe am schnellsten zur Aldehydgruppe oxidiert (z.B. mit Dichromat)?

NH 2

H CH 3

COOH

H

Cl

COOH

H Cl

H

NH 2

H 3 C

Cl

H 2 N (^) COOH

H

H

H 3 C (^) H

HOOC CH^3

H

Cl

NH 2

COOH

CH 3

H NH 2

H Cl

a) b) c) d) e)

OH

Cl

OH

OH

OH OH Cl a) b) c) d) e)

Aufgaben 3.Runde, Klausur 1

I) Welche der folgenden Substanzen besitzt ein Dipolmoment?

a) CO 2 b) SiO 2 c) SO 3 d) SF 6 e) UF 6 f) XeF (^6)

J) Welche der folgenden Verbindungen ist die stärkste Base?

Aufgabe 3-2 Unbekannte Lösungen

In 7 Reagenzgläsern mit den Nummern 1 bis 7 befinden sich verdünnte wässrige Lösungen der folgenden Substanzen: CuSO 4 AgNO 3 NaCl Na 2 CO 3 NaOH HI H 2 SO (^4)

In den Reagenzgläsern X und Y befinden sich verdünnte wässrige Lösungen von je einer unbekannten Substanz. Durch Vermischen von jeweils 2 Lösungen wurden folgende Reaktionen beobachtet:

1 2 3 4 5 6 7 X Y 1 * / / / N(b) N(bl) N(bl) N(b) / 2 * N(w) / / / / / / 3 * / N(g) N(b) N(wg) N(g) N(w) 4 * / / Gas / / 5 * / Gas / N(b) 6 * / st.Ger. N(bl) 7 * / N(bl) X * N(b) Y * Die Abkürzungen bedeuten: N(w) = weißer Niederschlag N(wg) = weiß-gelber Niederschlag N(g) = gelber Niederschlag N(b) = brauner Niederschlag N(bl) = hellblauer Niederschlag Gas = Gasentwicklung st.Ger. = stechender Geruch / = keine Reaktion beobachtet

a) Geben Sie an, in welchem Reagenzglas sich welche Substanz befindet.

b) Geben Sie an, um welche Substanzen es sich bei X und Y handelt.

NH 2 N

H N

N H a) b) c) d)

Aufgaben 3.Runde, Klausur 1

„Man mische 25 mL 0,4 M EDTA-Lösung und 2 mL 1,0 M Fe(ClO 4 ) 3 -Lösung, gebe die Analyt-Lösung hinzu und stelle den pH-Wert mittels NH 3 und HClO 4 auf 8 ein. Dann fülle man auf 50 mL auf und messe die Extinktion in einer 1 cm-Küvette. Die Auswertung des Messergebnisses erfolgt in der Weise, dass über die Gleichung E = b·c + a (c in mg) aus der Extinktion (E) die Menge an Phenol im zugesetzten Analyten ermittelt wird. Die Faktoren a und b betragen zum Beispiel: für Thymol: a = 0,013, b = 0,0048 mg - für Vanillin: a = 0,008, b = 0,0245 mg -1“

Thymol Vanillin

In einer Gehaltsbestimmung nach dieser Methode wird Thymol in einem Naturstoffextrakt bestimmt. Dazu werden 1 g Rohsubstanz in Methanol gelöst und auf 5 mL aufgefüllt. 1 mL dieser Lösung wird als Analyt zur oben beschriebenen Photometrielösung gegeben. Die Messung der Extinktion (bei λmax = 540 nm) erfolgt allerdings in einer 5 cm-Küvette. Man misst E = 1,505. e) Bestimmen Sie den Gehalt an Thymol (Masseanteil und Stoffmengengehalt) in dem untersuchten Naturstoffextrakt.

f) Geben Sie den scheinbaren molaren Extinktionskoeffizienten ε ´ für den Komplex

[FeY(OH)(Thymolat)] 3-^ an. Wieso handelt es sich um einen "scheinbaren" Extinktionskoeffizienten und nicht um den tatsächlichen molaren Extinktionskoeffizienten dieses Komplexes? Warum ist der Wert b für Vanillin bedeutend größer als für Thymol, wenn anzunehmen ist, dass sich die echten molaren Extinktionskoeffizienten der Phenolato-Komplexe kaum unterscheiden?

Aufgabe 3-4 Niob-Schwefel-Cluster

Bei der Umsetzung von Niob(V)ethoxid (Nb(OCH 2 CH 3 ) 5 = Nb(OEt) 5 ) mit Hexamethyldisilathian ( (CH 3 ) 3 Si-S-Si(CH 3 ) 3 = (Me 3 Si) 2 S ) und Tetraethylammoniumchlorid in Acetonitril (CH 3 CN) als Lösungsmittel entsteht eine interessante Niob- Schwefelverbindung (1) in Form von schwarzen Kristallen nach folgender Reaktionsgleichung:

OH (^) OH

O

OHC

Aufgaben 3.Runde, Klausur 1

Nb(OEt) 5 (Me 3 Si) 2 S^ NEt 4 Cl

CH 3 CN (NEt 4 ) 4 [Nb 6 S 17 ] (^) 3 CH 3 CN Me 3 SiOEt Me 3 SiCl (1) Hexamethyldisilathian: ρ = 0,846 g/ml Niob(V)ethoxid : ρ = 1,268 g/ml

a) Gleichen Sie die Reaktionsgleichung aus.

b) Was ist die Triebkraft für diese Reaktion? c) Berechnen Sie einen Versuchsansatz, wenn bei 75% Ausbeute 5,000 g der Verbindung ( 1 ) erhalten werden sollen. Berücksichtigen Sie dabei, dass die Komponenten (Me 3 Si) 2 S und NEt 4 Cl in 1,4-fachem Überschuß bzgl. Nb(OEt) 5 eingesetzt werden. Geben Sie die benötigten Substanzmengen in Gramm (für NEt 4 Cl) bzw. in Milliliter (für Nb(OEt) 5 und (Me 3 Si) 2 S) an. d) Welche Oxidationszahlen besitzen Niob und Schwefel in den Ausgangsverbindungen und in Verbindung ( 1 )?

Verbindungen wie z.B. (1) eignen sich als hervorragende Ausgangsverbindung für die Darstellung von Clustern. Unter einem Cluster versteht man eine Verbindung, in der neben Metall-Nichtmetall-Bindungen auch Metall-Metall-Bindungen vorliegen. Als vereinfachte Darstellung werden von einem Cluster meist nur die Metallatome betrachtet. Im folgenden sei eine Clusterverbindung M 3 M’ 3 gegeben, wobei M und M’ zwei verschiedene Metalle sind. Der M 3 M’ 3 -Cluster soll eine oktaedrische Anordnung der Metallatome besitzen.

e) Zeichnen Sie alle möglichen Isomere des M 3 M’ 3 --Clusters

Aufgabe 3-5 Elektrolyseprodukte

In einer primitiven Elektrolysezelle wird eine Kaliumchloridlösung bei 80°C zwei Stunden elektrolysiert. Es liegt eine Spannung von 6 V an und es fließt ein Strom von 2 A. Die Kathode besteht aus einer rechteckigen Eisenplatte mit den Maßen 20 cm · 30 cm. Als Anode wird ein spiralförmiger Titan-Draht (Durchmesser 2 mm) von 20 m Länge verwendet. a) Geben Sie die Leistung der Elektrolysezelle an. Wie groß sind die Stromdichten (Strom pro Elektrodenfläche)?

Nach der Elektrolyse wird durch die Lösung bis zur Sättigung CO 2 geleitet. Anschließend wird das Wasser vorsichtig verdampft. Es verbleibt ein weißer Rückstand. Ein Test auf Chlorat verläuft positiv. Insgesamt besteht der Rückstand laut Pulverdiffraktometrie aus 3 Salzen. b) Mit welchen Substanzen ist in diesem Rückstand noch zu rechnen?

Aufgaben 3.Runde, Klausur 1

Eine 0,02 N Essigsäureethylesterlösung wurde mit 0,02 N Natronlauge verseift. Dabei wurde festgestellt, dass nach 25 Minuten 73 % verseift waren. Für die Reaktion gilt das Geschwindigkeitsgesetz 2. Ordnung für gleiche Anfangskonzentrationen der Edukte.

d) Stellen Sie die Reaktionsgleichung der Esterverseifung auf. Wie würden Sie den Reaktionsumsatz bestimmen?

e) Ermitteln Sie die Geschwindigkeitskonstante dieser Ethylacetatverseifung.

f) Bestimmen Sie die Halbwertszeit dieser Verseifung. Nach welcher Zeit ist ein Umsatz von 99 % erreicht?

Aufgabe 3-7 Redoxgleichgewichte

Festes Eisen(III)-bromid riecht nach Brom. Demnach zerfällt es gemäß folgender Gleichung, wobei sich ein Gleichgewicht einstellt:

2 FeBr 3 2 FeBr 2 + ½ Br 2

Auch in wässriger Lösung reagieren Fe 3+-Ionen mit Halogenid-Ionen. Man löst in einer sauren wässrigen Lösung von 1 mol/L Eisen(III)-perchlorat bei 25°C und unter Luftausschluss 0,01 mol Natriumhalogenid pro Liter Lösung. Weiterhin sind folgende Daten gegeben: E 0 (Fe 3+^ + e -^ → Fe 2+) = 0.77 V E 0 (X 2 + 2e -^ → 2 X -^ ) = 1,36 V für Chlor/Chlorid, 1,07 V für Brom/Bromid und 0,54 V für Iod/Iodid. Die Löslichkeiten der Halogene in Wasser sollen als vernachlässigbar klein und deren Konzentrationen daher als konstant betrachtet werden.

a) Berechnen Sie für alle 3 Fälle (Zusatz von Chlorid, Bromid bzw. Iodid zur Fe 3+-^ Lösung) die Konzentration an freiem Fe 2+^ und geben Sie jeweils den pFe 2+-Wert an.

b) In welcher Form liegen die Ionen Fe 3+^ bzw. Fe 2+^ in verdünnter saurer wässriger Lösung vor?

c) Wieso spielt der pH-Wert für die oben beschriebene Reaktion eine wesentliche Rolle, obwohl weder H +^ noch OH-^ oder H 2 O an der Reaktion selbst beteiligt sind? Geben Sie eine kurze Begründung und mindestens 2 Reaktionsgleichungen, die eine pH-Wert- Abhängigkeit dieser Redox-Systeme belegen, an.

Der Einfluss des pH-Wertes ist besonders dann zu beachten, wenn Eisen in die Oxidationszahl +VI überführt werden soll. So gelingt in stark konzentrierter kalter Natronlauge die Oxidation von Eisen(III)-hydroxid mit Chlor zu Ferrat(VI), welches in seinem Aufbau dem Chromat ähnelt. Löst man Kaliumferrat(VI) in reinem Wasser, so zersetzt es sich jedoch wieder zu Eisen(III)-hydroxid.

d) Geben Sie für diese Reaktionen ausgeglichene Reaktionsgleichungen an.

Aufgaben 3.Runde, Klausur 1

Aufgabe 3-8 Peptidkette

a) In welcher stereochemischen Konfiguration (nach Fischer) liegen nahezu alle natürlichen Aminosäuren vor?

b) Ein Peptid bestehe aus 50 Molekülen Alanin, dabei sind beide Stereoisomere des Alanins möglich. Wie viele Stereoisomere des Peptids sind denkbar?

c) Bestimmen Sie die absolute Konfiguration (nach Cahn-Ingold-Prelog-Nomenklatur) jedes Stereozentrums der folgenden Aminosäuren

H 2 N COOH H

H

Isoleucin

N H

COOH

Prolin

H 2 N COOH

HS

Cystein

Zur Analyse der Aminosäurensequenz eines Peptids verwendet man zum Beispiel den "Edman-Abbau". Er funktioniert nach folgendem Mechanismus.

NH (^2) CH C

H 3 C

NH

O

CH C

H 3 C

NH

O

CH C

H 3 C O

N C S

Ph

Phenylisothiocyanat

Peptid

NH CH C

H 3 C

NH

O

CH C

H 3 C

NH

O

CH C

H 3 C O

Phenylthiocarbamoyl- peptid

C S

NH

NH (^2) CH C

H 3 C

NH

O

CH C

H 3 C O

kürzeres Peptid

NH

O N

H 3 C

S

Ph

HCl/H 2 O

Phenylthiohydantoin

Ph

Reaktionsschritt 1 (^) Reaktionsschritt 2