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Vorname: Matrikel-Nr.: Name: Geburtsdatum: Platz-Nr.:
Ruhr-Universität Bochum
Fakultät für Chemie
Übungsklausur zur Vorlesung "Allgemeine Chemie" BSc oder Diplom in den Fächern Chemie , Biochemie, Geowissenschaften, Physik, Optionalbereich (WS 2008/09)
Prüfer: Prof. Dr. Anja-Verena Mudring / Fachschaft der Fakultät für Chemie und Bichemie Datum: 21.01.2009 Uhrzeit: 14:00 Uhr Hörsaal: HNC 10
Unterschrift der Kandidatin/des Kandidaten: ________________________________________
Ich bin mit der Veröffentlichung meines Klausurergebnisses (nur Matrikel- nummer und Punktzahl) auf den Internetseiten der RUB (Blackboard) einverstanden. ja: nein:
Aufgabe (^1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16) Σ Punkt- zahl
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 120
Ergebnis
Ergebnis: ______ Punkte von maximal _____ Punkten Note: __________ Datum: __________ Unterschrift der Prüferin/des Prüfers: __________________________
Es werden maximal 12 der 16 Aufgaben bewertet. Die maximale Punktzahl ergibt sich aus der vollständigen Lösung von 12 Aufgaben. Zum Bestehen der Klausur sind mindestens 40 % ( Punkte) zu erreichen. Bitte markieren Sie die Aufgaben, die nicht gewertet werden sollen, in der Tabelle oben eindeutig durch Durchstreichen. Ansonsten ist es den Prüfern freigestellt zu entscheiden, welche Aufgaben nicht bewertet werden sollen. Bitte schreiben und zeichnen Sie möglichst sauber und formulieren Sie Ihre Antworten eindeutig. Außer einem dokumentenechten Schreibgerät und einem nicht-programmierbaren Taschenrechner sind keine weiteren Hilfsmittel erlaubt.
Diese Klausur umfasst 12 Aufgaben und 19 Seiten (incl. Periodensytem).
Beispiel
- Aufgabe (10 Punkte)
Notieren Sie die (Valenz-)Elektronenkonfiguration folgender Ionen:
Cu +^ [Ar] 3d 10
Cr3+^ [Ar] 3d 3
Cl -^ [Ne] 3s 2 3p 6
Co 2+^ [Ar] 3d 7
Na +^ [He] 2s 2 2p 6
Bestimmen Sie die Anzahl der Protonen, Neutronen und Elektronen folgender Elementisotope:
(^23) 11Na (11 Protonen, 12 Neutronen, 11 Elektronen)
(^40) 20Ca (20 Protonen, 20 Neutronen, 20 Elektronen)
(^13) 6C ( 6 Protonen, 7 Neutronen, 6 Elektronen)
(^205) 81Tl (81 Protonen, 124 Neutronen, 81 Elektronen)
(^235) 92U ( 92 Protonen, 143 Neutronen, 92 Protonen)
- Aufgabe (10 Punkte)
Erläutern Sie kurz folgende Begriffe und geben Sie ein Beispiel.
a. Formalladung Eine fiktive Ladung, die einem Atom zugewiesen wird, wenn die Bindungselektronen gleichmäßig auf die beteiligten Atome aufgeteilt werden.
Beispiel:
b. Reduktion Eine Teilreaktion, bei der es zu Aufnahme von Elektronen, d.h. zur Erniedrigung der Oxidationszahl, kommt.
Beispiel: Ag +^ + e–^ Æ Ag
c. Oxidationsmittel Substanz, die bei einer chemischen Reaktion reduziert wird und dadurch die Oxidation einer anderen Substanz bewirkt.
Beispiel: Cl 2 + 2 e–^ Æ 2 Cl –
d. Disproportionierung Reaktion, bei der ein Element in der Ausgangsverbindung sowohl oxidiert als auch reduziert wird.
-I -II 0 Beispiel: H2O 2 Æ 2 H (^) 2O + O 2
e. 18-Elektronenregel Unter Berücksichtigung der d-Elektronen entspricht die Anzahl der Valenzelektronen für die Edelgaskonfiguration den 18 Elektronen. (Dies gilt nicht für die Elemente der
- und 2. Periode!) Besondere Verwendung bei den komplexen Verbindungen der d- Elemente.
Beispiel: Ni(CO) 4
C N
- Aufgabe (10 Punkte)
Geben Sie die Valenzstrichformeln, mögliche Resonanzformeln (mesomere Grenzstrukturen) inklusive der freien Elektronenpaare sowie eventuell vorhandene Formalladungen für folgende Ionen / Moleküle an:
N2O 2
N2F 2
bzw.
N 3 -
SO 4 2-
SO 3 2-
PO 4 3-
N N
O
O
N N
F
F
N N F F
N N N N N N^2
O
S O
O O
O
S O O
O
P O
O O
- Aufgabe (10 Punkte)
Formulieren Sie die Valenzstrichformeln folgender Moleküle und Ionen und machen Sie mit Hilfe der VSEPR-Theorie Aussagen über die Molekülstrukturen.
AsF 5 trigonal-bipyramidal
TeF 5 -^ quadratisch-pyramidal
SnH 4 tetraedrisch
IBr 2 -^ linear
AsCl 4 +^ tetraedrisch
As
F
F
F
F
F
Te
F
F
F F
F
H
Sn H (^) H H
Cl
As Cl (^) ClCl
I
Br
Br
- Aufgabe (10 Punkte)
Vervollständigen Sie folgende Reaktionsgleichungen:
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2
Cu (^) 2S + 2 Cu (^) 2O → 6 Cu + SO 2
Wie viel Gramm Natriumamid (NaNH (^) 2) und Distickstoffoxid (N (^) 2O) werden benötigt, um 50,0 g Natriumazid (NaN3) herzustellen unter der Annahme eines vollständigen Stoffumsatzes gemäß
2 NaNH 2 + N2O → NaN 3 + NaOH + NH3?
M(NaNH2) = 39,013 g/mol M(N2O) = 44,013 g/mol M(NaN3) = 65,011 g/mol
Laut der Reaktionsgleichung: ½ n(NaNH2) = n(N2O) = n(NaN3), wobei n(NaN3) = m(NaN3) / M(NaN3)
Somit ergeben sich für die benötigten Massen von NaNH 2 und N (^) 2O:
m(NaNH (^) 2) = n(NaNH2) * M(NaNH2) = = 2 * [m(NaN3) / M(NaN3)] * M(NaNH2) = 60,0 g
m(N2O) = n(N (^) 2O) * M(N2O) = = [m(NaN3) / M(NaN3)] * M(N2O) = 33,8 g
- Aufgabe (10 Punkte)
Vervollständigen Sie folgende Gleichungen für Redoxreaktionen, die in basischer wässriger Lösung ablaufen (achten Sie auf die Wasser- bzw. Hydroxid-Ionen- Bilanz!).
S 2-^ + 4 I 2 + 8 OH-^ → SO 4 2-^ + 8 I -^ + 4 H2O
3 CN-^ + 2 MnO 4 -^ + H2O → 3 OCN-^ + 2 MnO 2 + 2 OH-
4 Au + 8 CN-^ + O 2 + 2 H2O → 4 [Au(CN) (^) 2] -^ + 4 OH-
Si + 2 OH-^ + H2O → SiO 3 2-^ + 2 H 2
2 Cr(OH) 3 + 3 OBr-^ + 4 OH -^ → 2 CrO 4 2-^ + 3 Br-^ + 5 H2O
- Aufgabe (10 Punkte)
Geben Sie die Oxidationszahl an für
N in H (^) 2NOH -I
S in S (^) 2O5Cl 2 +VI
P in Na (^) 3P3O 9 +V
N in CaN (^) 2O 2 +I
Xe in XeO 6 4-^ +VIII
Ta in TaOCl 3 +V
Sb in Ca (^) 2Sb (^) 2O 7 +V
B in B (^) 2Cl 4 +II
Te in H (^) 6TeO 6 +VI
U in UO 2 2+^ +VI
- Aufgabe (10 Punkte)
Welche Stoffmengenkonzentration hat eine Ba(OH) (^) 2-Lösung, wenn 25 ml davom mit 15,27 ml einer Salzsäure-Lösung mit c(HCl) = 0,1 mol/l neutralisiert werden?
Ba(OH) 2 + 2 HCl Æ BaCl 2 + 2 H (^) 2O Konz.: x M 0,1 M V (Lösung): 25 ml 15,27 ml
Laut der Reaktionsgleichung: n(Ba(OH) (^) 2) = ½ n(HCl), wobei n(HCl) = c(HCl) * V(HCl)
Somit ergibt sich:
c(Ba(OH) (^) 2) = n(Ba(OH) (^) 2) / V(Ba(OH) (^) 2) = = ½ * [c(HCl) * V(HCl)] / V(Ba(OH)2) = 0,03054 mol/l
- Aufgabe (10 Punkte)
Für die Reaktion NiO(s) + CO (g) Ni(s) + CO 2 (g) ist Kc = 4,54 10 3 bei 936 K und 1,58 10 3 bei 1125 K.
Ist die Reaktion exo- oder endotherm? Exotherm
Wie wird das Gleichgewicht beeinflusst, wenn a. Die Temperatur gesenkt wird? Nach rechts b. Der Druck erniedrigt wird? nicht c. NiO zugesetzt wird? nicht d. CO entfernt wird? links e. CO 2 entfernt wird? rechts
- Aufgabe (10 Punkte)
Formulieren Sie das Löslichkeitsprodukt für PbS und ZnS. Die Zahlenwerte der Konstanten betragen 7▪ 10 -29^ und 2,5▪ 10 -22.
KL(PbS) = [Pb 2+][S 2-^ ] = 7•10 -29^ mol 2 /l 2
KL(ZnS) = [Zn 2+][S 2-^ ] = 2,5•10 -22^ mol 2 /l 2
Eine Lösung, die je 0,20 mol/l Pb 2+^ und Zn 2+^ enthält, wird mit H (^) 2S gesättigt. Welchen pH-Wert muss die Lösung haben, damit möglichst viel PbS, aber kein ZnS ausfällt? Die Sättigungskonzentration von H (^) 2S beträgt 0,1 mol/l, die Säurekonstante für die erste Dissoziation K (^) s1 = 1,1·10 -7^ mol/l, für die zweite Dissoziation Ks2 = 1,0·10 -14^ mol/l.
H2S ist eine zweiprotonige Säure, also es gibt zwei zusammenhängende Gleichgewichte: H2S + H2O HS –^ +H3O+^ und HS –^ +H2O S 2–^ +H3O+
[HS ] K [H ][HS ] S (^12)
2 S (^2) −
Æ K K [H[H][HSS] ] [H[HS][S]] [H[H] S[S] ]
2
2 2 2 S 1 S (^22)
⋅ = ⋅ = = 1,1·10 -21^ mol 2 /l 2
Æ [S ]
[ H ] K K [H S]
2 S 1 S 2 2 −
Æ [S 2-^ ] = ???
Da PbS bei kleinerer S2-^ -Konzentration ausfällt (also bei niedrigerem pH-Wert), muss man die minimale S 2-^ -Konz. für ZnS zu berechnen:
1 , 25 10 mol/ l 0 , 20 mol/l
2 , 5 10 mol /l [Zn ]
[S ] K (ZnS)^222221 2
(^2) L − −
− (^) = = ⋅ = ⋅
[H+] = 0,298 Æ pH = 0, Bei pH = 0,5 wird möglichst viel PbS, aber noch kein ZnS ausgefallen sein
- Aufgabe (10 Punkte)
E^0 ist im wässrigen Medium für folgende Reaktion +1,51 V. MnO 4 -^ + 8 H+^ + 5 e-^ → Mn 2+^ + 4 H2O Berechnen Sie das Reduktionspotenzial, E, für eine Lösung mit pH = 2,5 und einem Konzentrationzverhältnis von c(Mn 2+)/c(MnO 4 -^ ) = 1/100.
Das Reduktionspotential wird mit Hilfe der Nernst-Gleichung berechnet:
[Mn ]
[MnO ][H ]
lg
z
E E 2
8 o 4
− +
Die Konzentration von H+-Ionen errechnet sich aus dem pH-Wert:
[H +] = 10-pH
Beim Einsetzen aller gegebenen Informationen in die Nernst-Gleichung ergibt sich:
( 10 ) V 1 , 30 V
lg
E 1 , 51 V pH^8 ⎥ =+
= + ⎡^ ⋅ −
2 , (^303) F⋅RT= 0 , 0592 V
