Aufgabe C 1 Konzentrationsketten - Hast-du-ahnung.de

Sächsisches Staatsministerium
für Kultus
Schuljahr 2000/01
Geltungsbereich:
- Allgemein bildendes Gymnasium
- Abendgymnasium und Kolleg
- Schulfremde Prüfungsteilnehmer
Schriftliche Abiturprüfung
Leistungskursfach Chemie
- E R S T T E R M I N -
Material für den Prüfungsteilnehmer
Allgemeine Arbeitshinweise
Ihre Arbeitszeit (einschließlich Zeit für Lesen und Auswählen von Aufgaben) beträgt
270 Minuten.
Die Prüfungsarbeit besteht aus den zu bearbeitenden Teilen A, B und C
(experimenteller Teil). Informieren Sie den Aufsicht führenden Lehrer, wenn Sie mit
der experimentellen Bearbeitung des Teils C beginnen möchten.
Bei Berechnungen muss der Lösungsweg zu erkennen sein und mit einem auf die
Aufgabenstellung bezogenen Antwortsatz abschließen, der gegebenenfalls eine
Bewertung des Sachverhaltes enthält.
Die im Anhang angegebenen Daten sind für Berechnungen zu verwenden.
Erlaubte Hilfsmittel:
1 Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung
1 grafikfähiger, programmierbarer Taschenrechner ohne Computer-Algebra-
System (GTR)
1 Tabellen- und Formelsammlung ohne ausführliche Musterbeispiele
(im Unterricht eingeführt)
Zeichengeräte
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Prüfungsinhalt
Bearbeiten Sie die nachstehende Aufgabe.
Teil A ( 25 BE )
Natriumthiosulfat
1 Natriumthiosulfat kommt kristallwasserhaltig in der Form Na 2 S 2 O 3 · 5 H 2 O
in den Handel. In Wasser ist es gut löslich.
1.1 Erläutern Sie den Lösungsvorgang eines Salzes aus energetischer Sicht.
1.2 Die Lösungsenthalpien von kristallwasserhaltigem und wasserfreiem Natrium-
thiosulfat sind voneinander verschieden.
Entscheiden Sie, welches der beiden Salze die kleinere Lösungsenthalpie hat.
Begründen Sie.
1.3 Die molaren Lösungsenthalpien können zur Bestimmung der molaren
Hydratationsenthalpie, die bei der Bildung von Natriumthiosulfat-Pentahydrat
aus dem wasserfreien Salz auftritt, verwendet werden.
Zeigen Sie unter Nutzung der entsprechenden Gesetzmäßigkeit, dass diese
beiden Werte zur Berechnung der gesuchten Größe ausreichen.
Entwickeln Sie aus Ihren Darlegungen eine mathematische Beziehung zur
Berechnung der molaren Hydratationsenthalpie.
Erreichbare BE-Anzahl: 8
2 Natriumthiosulfatlösungen werden in der Praxis zur Beseitigung von Chlor-
resten genutzt. Als Reaktionsprodukte entstehen dabei Sulfat-Ionen,
Chlorid-Ionen und Hydronium-Ionen.
2.1 Entwickeln Sie die Reaktionsgleichung für die Umsetzung von Natriumthiosul-
fatlösung mit Chlor in Ionenschreibweise.
2.2 Bestimmen Sie die Reaktionsart der obigen Reaktion. Geben Sie in diesem
Zusammenhang die Funktion der Thiosulfat-Ionen an. Begründen Sie Ihre
Aussagen.
Erreichbare BE-Anzahl: 4
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3 In der Fotografie wird Natriumthiosulfat als Fixiersalz verwendet. Schwer-
lösliches Silberbromid wird durch Komplexbildung gelöst.
3.1 Entwickeln Sie die Reaktionsgleichung für das Auflösen von Silberbromid mit
Natriumthiosulfatlösung.
Benennen Sie das entstehende Komplex-Ion.
3.2 Erläutern Sie unter Nutzung von Teilgleichungen und zugehörigen Gleichge-
wichtskonstanten die Veränderung der Löslichkeit des Silbersalzes bei Zusatz
von Natriumthiosulfatlösung.
Erreichbare BE-Anzahl: 7
4 Bei der Iodometrie wird Natriumthiosulfatlösung zur titrimetrischen
Bestimmung von Iod verwendet.
Dabei läuft folgende Reaktion ab:
2 −
2 − −
2 S 2 O 3 + I 2 ⎯ ⎯→ S 4 O 6 + 2 I
4.1 Geben Sie eine Möglichkeit an, wie bei dieser Iod-Bestimmung der
Äquivalenzpunkt deutlich sichtbar gemacht werden kann.
4.2 Die Maßlösung soll eine Stoffmengenkonzentration von c = 0,05 mol · l 1 −
haben.
Berechnen Sie die Masse an Natriumthiosulfat-Pentahydrat, die zur
Herstellung von 0,5 Liter dieser Lösung notwendig ist.
4.3 Für eine Iod-Bestimmung wurden 12,40 ml Natriumthiosulfatlösung der obigen
Maßlösung verbraucht.
Berechnen Sie die Stoffmenge des in der Probe enthaltenen Iodes.
Erreichbare BE-Anzahl: 6
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Bearbeiten Sie die nachstehende Aufgabe.
Teil B (20 BE)
Stickstoffhaltige Verbindungen
1 Die quantitative Analyse einer organischen Verbindung, welche die Elemente
Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff enthält, ergab folgende
Massenanteile:
Kohlenstoff : 37,0 %
Wasserstoff : 2,2 %
Sauerstoff : 42,3 %
Stickstoff : 18,5 %
Bei der Verbindung handelt es sich um einen Aromaten mit der molaren
Masse M = 227 g · mol 1
− .
1.1 Berechnen Sie die Summenformel der Verbindung.
1.2 Entwickeln Sie eine mögliche Strukturformel.
Erreichbare BE-Anzahl: 4
2 Glycin (Aminoethansäure) ist ein Baustein vieler Eiweiße. Es bildet sowohl im
festen Aggregatzustand als auch in der Lösung Zwitterionen.
2.1 Begründen Sie, warum Glycin am isoelektrischen Punkt (pH = 6,07) die
geringste Löslichkeit besitzt.
2.2 Erläutern Sie das Verhalten des Glycins beim Lösen in Salzsäure.
Geben Sie für die abgelaufene Reaktion die Ionengleichung an.
2.3 Glycin entsteht durch die Reaktion von Monochloressigsäure
(Monochlorethansäure) mit Ammoniak.
Entwickeln Sie die Reaktionsgleichung.
Erreichbare BE-Anzahl: 5
3 Glutathion, ein kurzkettiges, schwefelhaltiges Tripeptid, schützt das
Hämoglobin vor Zerstörung. Am Aufbau sind die Aminosäuren Glycin
(Aminoethansäure), L-Cystein (2-Amino-3-mercaptopropansäure) und
L-Glutaminsäure (2-Amino-pentandisäure) in der angegebenen Reihen-
folge beteiligt.
Hinweis: Die Mercaptogruppe ist die SH-Gruppe.
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3.1 Geben Sie die vereinfachte Strukturformel des Glutathions an.
3.2 Kennzeichnen Sie das Strukturmerkmal des Peptids.
Erreichbare BE-Anzahl: 3
4 Die Basizität der Verbindungen Anilin (Aminobenzen), Ammoniak und
Methylamin in Wasser steigt in der angegebenen Reihenfolge.
Begründen Sie.
Erreichbare BE-Anzahl: 2
5 n - Butan, Propan -1 - amin (n - Propylamin) und Trimethylamin besitzen
trotz annähernd gleicher relativer Molekülmassen unterschiedliche Siedetemperaturen.
Ordnen Sie die Siedetemperaturen -3°C, +48°C und +3°C den entsprechenden
Verbindungen zu und begründen Sie.
Erreichbare BE-Anzahl: 3
6 Organische mehrwertige Säuren und Diamine sind Ausgangsstoffe zur
Herstellung von Chemiefasern.
Folgende Monomere sind für die Herstellung dieser Stoffe geeignet:
HOOC - (CH2)4 - COOH, H2N - (CH2)6 - NH2
6.1 Geben Sie einen charakteristischen Formelausschnitt des entsprechenden
makromolekularen Stoffes an.
6.2 Leiten Sie aus der Struktur des Makromoleküls das thermische Verhalten des
Stoffes ab.
Erreichbare BE-Anzahl: 3
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Teil C ( 15 BE )
Wählen Sie eine der nachstehenden Aufgaben aus und bearbeiten Sie diese.
Aufgabe C 1 Konzentrationsketten
1 Aussagen zu Komplexstabilitäten können durch elektrochemische Messungen
mit Konzentrationsketten getroffen werden.
Bestätigen Sie dies durch nachfolgende Experimente.
1.1 Bauen Sie sich aus den bereitgestellten Geräten folgende galvanische Zellen
nacheinander auf und bestimmen Sie deren Zellspannungen.
Notieren Sie alle Messergebnisse und die Beobachtungen bei Experiment B.
A: Vergleichszelle: 20 ml Kupfer (II)-sulfatlösung (c = 0,2 mol⋅l −1 ; Xn)
Messzelle : 10 ml Kupfer (II)-sulfatlösung (c = 0,05 mol⋅l −1 )
Messen Sie die Zellspannung.
Geben Sie 10 ml Salzsäure (12,5%; Xi) in die Messzelle dazu und messen
Sie die Zellspannung erneut.
B: Vergleichszelle: 20 ml Kupfer(II)-sulfatlösung (c = 0,2 mol⋅ l −1 ; Xn)
Messzelle : 10 ml Kupfer(II) -sulfatlösung (c = 0,05 mol⋅ l −1 )
und 4 Tropfen Ammoniaklösung (12,5%; C)
Nach Messung dieser Zellspannung werden weitere 10 ml Ammoniak-
lösung (12,5%; C) der Messzelle zugesetzt.
Bestimmen Sie auch diese Zellspannung.
1.2 Vergleichen Sie die erforderlichen Messwerte der unter 1.1 ermittelten
Zellspannungen, um daraus eine Aussage über die Stabilität der drei
Kupfer (II)-Komplexverbindungen abzuleiten.
1.3 Werten Sie die Beobachtungen von Experiment B an Hand von Reaktions-
gleichungen aus und begründen Sie die auftretenden Spannungs-
änderungen bei der Zugabe von 4 Tropfen bzw. 10 ml Ammoniaklösung in
die Messzelle.
2 Zwei Halbzellen enthalten Silber-Ionen der gleichen Stoffmengenkonzentration.
In der ersten Halbzelle wird durch Zugabe von Ammoniak die
Stoffmengenkonzentration der Silber-Ionen auf c(Ag + ) = 7 ⋅ 10 9 − mol⋅l −1
eingestellt.
Die zweite Halbzelle, deren Silber-Ionenkonzentration bestimmt werden soll,
wird mit Natriumthiosulfatlösung versetzt.
Die Stoffmengen des Ammoniaks und des Thiosulfats sind gleich.
Zwischen den beiden Halbzellen wird eine Zellspannung von ∆ E = 0,34 V
gemessen.
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2.1 Begründen Sie unter Einbeziehung der Komplexstabilitätskonstanten die Po-
lung der Konzentrationskette.
2.2 Berechnen Sie mit Hilfe der NERNST- Gleichung die Silber-Ionenkonzentra-
tion in der zweiten Halbzelle.
Aufgabe C 2 Fraktionierte Fällung
1 Eisen-, Calcium- und Kupfersalze sind Bestandteile von Urgesteinsmehl,
einem Produkt zur Verbesserung der Bodenstruktur und der Nährstoffverfügbarkeit.
Um den Massenanteil dieser Salze in einem vergleichbaren Produkt zu be-
stimmen, sollen Calcium-Ionen, Kupfer(II)-Ionen und Eisen(III)-Ionen ge-
trennt werden.
Zur Trennung der Eisen(III)-Ionen, Kupfer(II)-Ionen und Calcium-Ionen aus
dem Salzgemisch führen Sie folgende Experimente durch und notieren Ihre
Beobachtungen.
Experiment I: Lösen Sie das gegebene Stoffgemisch in 20 ml destilliertem
Wasser und bestimmen Sie den pH-Wert. Filtrieren Sie.
Versetzen Sie die Lösung unter ständigem Rühren mit
ca. 1,4 ml Natriumhydroxidlösung (c = 1 mol⋅ l 1 − ; C) bis ein
pH-Wert von 5-6 erreicht ist. Filtrieren Sie.
Experiment II: Prüfen Sie 1ml des Filtrats mit Kaliumhexacyanoferrat(II)lösung
auf das Vorhandensein von Eisen(III)-Ionen.
Sollten noch Eisen(III)-Ionen nachweisbar sein, ist ein Nachfällen
mit wenigen Tropfen Natriumhydroxidlösung
( c = 1 mol⋅ l 1 − ; C) notwendig.
Experiment III: Stellen Sie den pH-Wert von 10 ml des Filtrats aus Experiment
I durch tropfenweise Zugabe von ca. 0,5 ml Natrium-
hydroxidlösung ( c = 1 mol⋅ l 1 − ; C) auf pH = 8 - 10 ein.
Filtrieren Sie.
Experiment IV: Prüfen Sie 1 ml des Filtrats auf Kupfer(II)-Ionen. Fordern Sie
dazu ein geeignetes Nachweisreagenz an.
Experiment V: Versetzen Sie 5 ml des Filtrats mit ca. 1 ml Natriumhydroxidlösung
(c = 1 mol⋅ l 1 − ; C).
2 Auswertung
2.1 Begründen Sie unter Angabe einer geeigneten Reaktionsgleichung den
pH-Wert des gelösten Stoffgemisches.
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2.2 Werten Sie unter Einbeziehung Ihrer Kenntnisse zur fraktionierten Fällung
Ihre Beobachtungsergebnisse aus.
2.3 Deuten Sie Ihre Beobachtungen von Experiment II und geben Sie dafür
eine Reaktionsgleichung an.
3 Berechnen Sie den pH-Wert einer gesättigten Calciumhydroxidlösung.
Löslichkeitsprodukte
Anhang
Stoff KL Ca(OH) 2 5,5 ⋅ 10 6 − mol 3 ⋅ l 3 −
Cu(OH) 2 5,6 ⋅ 10 20 −
mol 3 ⋅ l 3 −
Fe(OH) 3 6 ⋅ 10 40 − mol 4 ⋅ l 4 −
AgBr
Komplexstabilitätskonstanten
Stoff
[ ] +
3 2 ) NH (
[ ] − 3
( S O )
5 ⋅ 10 13 − mol 2 ⋅ l 2 −
K Stab in l 2 ⋅ mol 2 −
7
Ag 1,6 ⋅ 10
Ag 2 3 2
4 ⋅ 10 13
Standardpotenzial
E 0 (Ag/Ag + ) = + 0,80 V
NERNST-Gleichung: E = E 0 0,
059V
+
z
⋅ lg
c(
Ox)
c(Red)
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