Abschlussklausur 'Allgemeine und Anorganische Chemie' Teil 1

Abschlussklausur ‘Allgemeine und Anorganische Chemie’ Teil 1
(Modul BGEO1.3.1 Anorganische und Allgemeine Chemie für Geologen, Geophysiker und
Mineralogen)
Teilnehmer/in: ................................................... Matrikel-Nr.: ....................
1. Sie sollen eine wässrige Lösung von Chlorwasserstoff (also Salzsäure) herstellen, die 0,1
+ +
molar an H -Ionen ist (also 0,1 Mol H -Ionen pro Liter enthält). Wie viel g HCl müssen
Sie dazu für 1 L Lösung verwenden?
(rel. Atommassen: H: 1 g/Mol, Cl: 35,5 g/Mol)
Stellen Sie zuerst die Dissoziationsgleichung dafür auf:
..... HCl ..... H + + ..... Cl -
1 + 35,5 = 36,5; 36,5*0,1 = 3,65 g HCl
+
Wenn Sie eine entsprechende Lösung, die wiederum 0,1 molar an H -Ionen sein soll,
durch Verdünnen von Schwefelsäure H2SO 4 herstellen sollen, wie viel g H2SO 4 müssen
Sie dann für 1 L Lösung verwenden?
(rel. Atommassen: H: 1 g/Mol, O: 16 g/Mol, S: 32 g/Mol)
+
2*1+32+4*16 = 98; 98*0,1/2 = 4,90 g H2SO 4 (pro 1H2SO 4 werden ja 2H erzeugt!)
+ -1
Wie groß ist der pH-Wert dieser Lösung? 0,1 Mol H pro L (= 10 !) pH = 1
+
Wenn Sie die entsprechende Lösung (also 0,1 molar an H -Ionen) durch Verdünnen von
Phosphorsäure H3PO 4herstellen wollen, dann werden Sie keinen Erfolg haben, wenn Sie
einfach 1/3 Mol H3PO 4 zu 1 Liter Lösung mit Wasser auffüllen. Warum ist das - im
Gegensatz zu HCl und H SO - bei H PO so?
2 4 3 4
H3PO 4 ist eine mittelstarke/schwache Säure, die nicht vollständig dissoziiert, also auch
+
nicht 3H freisetzt!

2. Kohlenstoff C ist das erste Element der IV. Hauptgruppe des Periodensystems. Die zwei
wichtigsten Oxide des Kohlenstoffes sind (Formeln angeben!):
a) CO2
und b) CO
Geben Sie mögliche Valenzstrichformeln für das Kohlenmonoxid an (drei sind sinnvoll
möglich!) und diskutieren Sie die Valenzstrichformel(n) aus der Sicht allgemeiner chemischer
Gesetzmäßigkeiten:
- +
CO
Oktettregel bei beiden Atomen (aus der 1. Achterperiode!) erfüllt
-
C mit niedrigerer Elektronegativität hat O e weggenommen
C=O
+ -
C-O
Oktettregel nur für O erfüllt
keine Ladungen
Oktettregel nur für O erfüllt
Ladungen diesmal entsprechend Elektronegativität
Geben Sie einen (den!) chemischen Grund dafür an, dass C ein Nichtmetall ist, obwohl es
in der Modifikation Graphit durchaus metallische Eigenschaften besitzt:
CO 2 ist das Anhydrid der ‘Kohlensäure’ (typisch für Nichtmetalloxide)
Nennen Sie ein paar von den ‘metallischen’ Eigenschaften des Graphits:
metallischer Glanz
guter elektrischer Leiter
guter Wärmeleiter

3. Geben Sie die (vollständige) Valenzelektronenkonfiguration für die folgenden Elemente
an und leiten Sie daraus die jeweils niedrigste und höchste praktisch erreichte (!) formale
(!) Oxidationsstufe ab und geben Sie dafür je ein Beispiel an!
(Damit Sie wissen, wie die Frage gemeint ist, hier die Antwort für Fluor F:
2 5 -
2s 2p ; -1 im F ; 0 im F 2 (keine positiven Oxidationsstufen möglich! Element mit der
höchsten Elektronegativität))
N
2 3
2s 2p
-3 im NH 3
+5 in HNO 3
P
2 5 0
3s 3p 3d
-3 im PH 3
+5 in H PO
3 4
Begründen Sie, warum N in der Salpetersäure HNO 3 (formale Oxidationsstufe +5) nur 4
Bindungen ausbilden kann, während P in der Phosphorsäure H3PO 4(bei gleicher formaler
Oxidationsstufe) 5 Bindungen ausbilden kann:
N hat in Valenzschale 1*s- und 3*p-Orbitale, deshalb (nur) 1+3=4 Bindungen möglich,
P hat in Valenzschale 1*s-, 3*p- und zusätzlich 5*d-Orbitale, deshalb auch 5 Bindungen
möglich

4. Vielleicht ist Ihnen auch schon einmal aufgefallen, dass einige der Reagenzienflaschen aus
dem Ihnen zur Verfügung gestellten Flaschensatz nach einiger Zeit im Schrank einen
‘pelzigen’ Besatz von NH4Cl bekommen haben, der durch die Reaktion von HCl (aus der
konz. Salzsäure) und NH (aus der konz. NH -Lösung) gemäß
HCl + NH 3 NH4Cl
3 3
entsteht. Wenn Sie diesen ‘Pelz’ vermeiden wollen, dann sollten Sie 1. Ihre Tropfflaschen
immer gut verschlossen halten, Sie können aber 2. auch durch die Positionen der beiden
Flaschen in Ihrem Flaschenregal dafür sorgen, dass es nicht zu dieser Bildung von NH4Cl
kommen kann.
Sollten Sie
a) NH 3 oben und HCl unten,
b) beide auf gleicher Höhe, aber eine ganz rechts, die andere ganz links,
c) NH 3 unten und HCl oben abstellen oder
d) ist das völlig gleichgültig, weil das ohnehin immer passiert?
(Richtige Antworten unterstreichen, falsche Antworten durchstreichen!)
Begründen Sie Ihre Entscheidung! Und falls Ihnen das etwas hilft, dann sind hier die rel.
Atommassen: H: 1 g/Mol, N: 14 g/Mol, Cl: 35,5 g/Mol
NH 3 mit Molmasse 17 g/Mol ist leichter als Luft, HCl mit Molmasse 36,5 g/Mol ist
schwerer als Luft, also steigt NH 3 nach oben, während HCl nach unten sinkt. Um ein
Zusammentreffen und die daraus folgende Reaktion zu verhindern, stelle man NH 3 hoch
und HCl nach unten - aber weit auseinander geht auch.

+
5. Sie sollen in einer qualitativen chemischen Analyse NH 4 nachweisen. Beschreiben Sie
stichpunktartig, wie Sie dazu vorgehen:
feste Analysensubstanz auf Uhrglasschale (oder Mikrogaskammer),
mit NaOH (starke Lauge!) versetzen,
zweites Uhrglas umgekehrt darüber, in dem sich angefeuchteter UNITEST-Papierstreifen
befindet
+
Blaufärbung / Geruch zeigt NH , also NH in Analyse an
3 4
Welches chemische Grundprinzip liegt diesem Nachweis zugrunde?
Starke/stärkere Lauge verdrängt schwächere Lauge aus ihren Salzen
Gibt es ein entsprechendes Grundprinzip auch bei Säuren?
JA / NEIN
Wenn ja, bei welcher Nachweisreaktion wenden Sie dieses (dann entsprechend auch für
Säuren geltende) Grundprinzip an?
Nachweis von Carbonaten CO 2-
3
Warum sollen Sie vor den Anionennachweisen die entsprechenden Lösungen immer
ansäuern?
um Carbonate (z.B. aus dem Sodaauszug) in der Lösung zu zerstören, da sonst auch die
schwerlöslichen Carbonate Ag2CO 3 (beim Chlorid-Nachweis) und/oder BaCO 3 (beim
Sulfat-Nachweis) entstehen
SiO 2 (und auch die meisten Silikate) sind in der qualitativen Analyse nur schwierig
nachzuweisen, weil sie erst einmal in eine lösliche Verbindung gebracht werden müssen.
Würden Sie SiO eher
2
a) mit einer starken Säure
oder
b) mit einer starken Lauge auflösen?
Begründen Sie Ihre Entscheidung!
SiO 2 ist ein Nichtmetalloxid, bildet also (im Prinzip) eine Säure, die natürlich mit einer
Lauge zu den entsprechenden (besser in Wasser löslichen) Salzen reagiert
Silikate (Salze der Kieselsäure - einer schwachen Säure!) + starke Säure: dabei entsteht
bestenfalls SiO 2, das aber in Wasser kaum löslich ist
(nur mit HF und H PO könnte es gehen)
3 4

6. Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsgleichungen und kennzeichnen Sie die
(formalen) Oxidationsstufen der an der Redoxreaktion beteiligten Elemente, die Gleichungen
für die Teilreaktionen Oxidation und Reduktion sowie die Zahl der jeweils
ausgetauschten Elektronen:
z.B.:
-
--------- + 1e ----------
±0 -1 +1
..... Cl 2 + ..... H2O ..... HCl + ..... HOCl
-
---------------- - 1e ------------------
Wenn Sie einen Cu-Span mit verdünnter HNO 3 versetzen, dann passiert (im Gegensatz zur
Reaktion von Zn mit verd. HNO ) nichts, warum?
+
Cu ist ein (halb-)edles Metall, wird nicht durch H oxidiert
3
Wenn Sie einen Cu-Span mit konz. HNO 3 versetzen, dann gibt es eine Reaktion, was
daran sichtbar ist, dass ein braunes Gas entsteht und die ursprünglich farblose Lösung sich
blau färbt (, weil sich das im ersten Reaktionsschritt gebildete CuO in HNO auflöst):
3
-
±0 -2e +2
HNO + ..... Cu ..... CuO + 2 NO 2 + ..... HO 2
+5 +2*1e- +4
2 3
-
Bei der Reaktion von MnO 4 (Permanganat) mit H2O 2 in saurer Lösung treffen zwei
(starke) Oxidationsmittel aufeinander. Bei der Reaktion entfärbt sich die (dunkel) violette
Lösung, und es entsteht unter anderem O :
2
-
------------ +2*5e -------------
+7 -1 +2 ±0
-
MnO + 5 HO 2 2 + 6 H + 2+
2 Mn + 8 H2O + 5 O 2
-
------------- -5*2*1e --------------
2 4
-
Was ist (in saurer Lösung) das stärkere Oxidationsmittel: MnO 4 oder H2O 2?
-
MnO 4 , weil es reduziert wird

7. Stellen Sie (vollständige) Valenzstrichformeln für die folgenden Verbindungen auf
(jeweils für Normalbedingungen, also Raumtemperatur und Normaldruck). Geben Sie die
Zahl der - und der -Bindungen an und charakterisieren Sie den räumlichen Aufbau des
Moleküls:
CO2
O=C=O 2 - + 2 -Bindungen,
linear
SO2
O=S=O 2 - + 2 -Bindungen,
gewinkelt eben (freies e-Paar)
SiO 2
4 -Bindungen,
O tetraedrisch
-O-Si-O-
O
S 8
S--S 8 -Bindungen,
(kronenförmiger) Ring
S S
S S
S–S