Aufgabenbeispiele und Korrektur
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<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong><br />
<strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise<br />
für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Stand: 30.06.2003
Impressum<br />
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche<br />
Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
(Juni 2003, Pädagogisches Landesinstitut Brandenburg, 14974 Ludwigsfelde-Struveshof)<br />
Herausgeber:<br />
Pädagogisches Landesinstitut Brandenburg (PLIB), 14974 Ludwigsfelde-Struveshof<br />
Tel.: 03378 209-105<br />
E-Mail: poststelle@plib.brandenburg.de<br />
Dieses Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt.<br />
Alle Rechte einschließlich Übersetzung sind dem Herausgeber vorbehalten. Die Vervielfältigung<br />
für schulische Zwecke ist gestattet.<br />
Das Pädagogische Landesinstitut Brandenburg (PLIB) ist eine Einrichtung im Geschäftsbereich<br />
des Ministeriums für Bildung, Jugend <strong>und</strong> Sport des Landes Brandenburg (MBJS).<br />
Die <strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
werden vom Pädagogischen Landesinstitut Brandenburg im Auftrag des MBJS<br />
herausgegeben.<br />
© Ludwigsfelde, Juni 2003<br />
Die <strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise werden vom PLIB im Internet<br />
auf der PLIB-homepage unter: www.plib.brandenburg.de veröffentlicht. Sie werden nicht<br />
als Druckfassung herausgegeben. Schulen, die keinen Internetzugang haben, wenden sich<br />
bitte an das PLIB, Tel. 03378 209-173. Sie erhalten eine CD-ROM oder bei Bedarf eine Kopierfassung.
Inhalt<br />
0 Funktion des Materials 4<br />
1 <strong>Aufgabenbeispiele</strong> für das schriftliche Zentralabitur 5<br />
1.1 Allgemeine Hinweise 5<br />
1.2 <strong>Aufgabenbeispiele</strong> für den Gr<strong>und</strong>kurs 6<br />
1.3 <strong>Aufgabenbeispiele</strong> für den Leistungskurs 21<br />
2 <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise 40
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
0 Funktion des Materials<br />
Die <strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
ergänzen die verbindlichen curricularen Vorgaben für den Unterricht in der<br />
Qualifikationsphase der gymnasialen Oberstufe.<br />
Die hier enthaltenen <strong>Aufgabenbeispiele</strong> beziehen sich auf Inhalte, die in den verbindlichen<br />
curricularen Vorgaben festgelegt sind. Sie entsprechen in den Aufgabenformaten den Vorgaben<br />
der gegenwärtig für das Fach gültigen Einheitlichen Prüfungsanforderungen (EPA).<br />
Neben der Aufgabenstellung <strong>und</strong> dem ggf. dazugehörigen Material enthalten sie einen Erwartungshorizont<br />
<strong>und</strong> Hinweise zur Gewichtung der Aufgaben bei der Gesamtbewertung.<br />
Die <strong>Aufgabenbeispiele</strong> verdeutlichen die Struktur <strong>und</strong> das Anspruchsniveau der zentralen<br />
Abituraufgaben <strong>und</strong> geben so auch eine Orientierung für die unterrichtliche Arbeit in der<br />
Qualifikationsphase. Vergleichbare Aufgabenstellungen können ebenso an anderen Inhalten<br />
bearbeitet werden.<br />
Die <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise enthalten detaillierte Angaben für die Beurteilung<br />
von Teilleistungen <strong>und</strong> die Ermittlung der Gesamtnote. Sie orientieren sich an den Vorgaben<br />
der EPA, der GOSTV <strong>und</strong> der VV-GOSTV. Ausführungen zu einer guten <strong>und</strong>/oder einer ausreichenden<br />
Leistung sind fachbezogen unterschiedlich zugeordnet.<br />
4
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
1 <strong>Aufgabenbeispiele</strong> für das schriftliche Zentralabitur<br />
1.1 Allgemeine Hinweise<br />
Die Abituraufgaben setzen sich aus Teil A <strong>und</strong> Teil B zusammen. In der Abiturprüfung sind<br />
durch den Prüfling die Aufgaben aus Teil A zu bearbeiten. Aus dem Teil B wählt der Prüfling<br />
eine Aufgabe aus <strong>und</strong> bearbeitet diese vollständig. Für die jährlich wechselnden Schwerpunkte<br />
sind für den Teil B verschiedene <strong>Aufgabenbeispiele</strong> enthalten.<br />
Übersicht zu den <strong>Aufgabenbeispiele</strong>n <strong>und</strong> fachlichen Schwerpunkten:<br />
Gr<strong>und</strong>skurs<br />
Aufgabe A Aufgabe B I Aufgabe B II Aufgabe B III Aufgabe B IV<br />
Stickstoff- Farbstoffe Koordinations- Natürliche <strong>und</strong> Waschmittel <strong>und</strong><br />
verbindungenverbindungen<br />
/ synthetische Tenside<br />
Komplexverbin- makromolekulare<br />
dungen<br />
Stoffe<br />
Leistungskurs<br />
Aufgabe A Aufgabe B I Aufgabe B II Aufgabe B III Aufgabe B IV<br />
I Säure-Base- Farbstoffe Koordinations- Natürliche <strong>und</strong> Waschmittel <strong>und</strong><br />
Reaktionen,<br />
verbindungen / synthetische Tenside<br />
II ElektroKomplexverbin-<br />
makromolekulare<br />
chemische<br />
Spannungsreihe<br />
dungen<br />
Stoffe<br />
Die <strong>Aufgabenbeispiele</strong> enthalten fachliche Inhalte aus allen vier Schulhalbjahren der Qualifikationsphase.<br />
Für die <strong>Aufgabenbeispiele</strong> des schriftlichen Abiturs gilt folgende Aufteilung:<br />
Der Aufgabenteil A, der den Schwerpunkt eines Aufgabenvorschlages enthält, umfasst 60 %<br />
der Gesamtanforderungen der Prüfung hinsichtlich der Bewertungseinheiten <strong>und</strong> der Bearbeitungszeit.<br />
Es wurde je ein Aufgabenbeispiel für den Gr<strong>und</strong>- <strong>und</strong> Leistungskurs erarbeitet. Für beide<br />
Vorschläge gelten folgende Aufgabenarten (nach EPA):<br />
- Bearbeitung eines Demonstrationsexperiments,<br />
- Durchführung <strong>und</strong> Bearbeitung eines Schülerexperiments <strong>und</strong><br />
- Bearbeitung einer Aufgabe, die fachspezifisches Material enthält.<br />
In jeder Teilaufgabe der <strong>Aufgabenbeispiele</strong> ist zur Orientierung die maximal zu erreichende<br />
Anzahl von Bewertungseinheiten (BE) angegeben.<br />
Die Lern- <strong>und</strong> Prüfungsbereiche werden durch die verbindlichen curricularen Vorgaben bestimmt.<br />
Die ausgewiesenen Anforderungsbereiche I – III sind in der gültigen EPA beschrieben <strong>und</strong> in<br />
den vorliegenden <strong>Aufgabenbeispiele</strong>n im Erwartungshorizont angegeben.<br />
5
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
1.2 <strong>Aufgabenbeispiele</strong> für den Gr<strong>und</strong>kurs<br />
Aufgabenbeispiel für den Teil A<br />
Unterrichtsbezug:<br />
Zu bearbeitende fachliche Inhalte sind u. a. Chemisches Gleichgewicht, MWG <strong>und</strong> Anwendungen<br />
(12/1); Energetik chemischer Reaktionen (12/1,12/2); chemische Bindung, pH-Wert-<br />
Berechnung (12/1, 13/1, 13/2).<br />
Thema: Stickstoffverbindungen<br />
Bearbeitung einer Aufgabe, die fachspezifisches Material enthält<br />
Stickstoffverbindungen gehören zu den wichtigsten großtechnisch hergestellten Stoffen. Der<br />
Stickstoff ist in der elementaren Form sehr reaktionsträge. Er eignet sich nicht für die direkte<br />
Verwendung. Deshalb wurden besondere Verfahren entwickelt, um ihn in die benötigten<br />
Verbindungen zu überführen.<br />
Folgende Möglichkeiten der Herstellung von Stickstoffverbindungen sind u. a. bekannt:<br />
- Stickstoff <strong>und</strong> Sauerstoff werden im elektrischen Lichtbogen bei ca. 3000 K unter Bildung<br />
von Stickstoffmonooxid zur Reaktion gebracht (Luftverbrennung nach Birkeland/Eyde).<br />
Dieses Verfahren wurde vor allem in Norwegen praktiziert.<br />
- Das HABER-BOSCH–Verfahren ist ein Verfahren zur Gewinnung von Ammoniak. Es wird<br />
ein Gasgemisch verwendet, das aus Luftstickstoff, Wasserdampf <strong>und</strong> Erdgas (CH4) besteht.<br />
Zur Herstellung von Wasserstoff geht man von Erdgas <strong>und</strong> Wasserdampf aus. Das<br />
dabei entstehende Kohlenstoffmonooxid wird weitgehend durch Konvertierung entfernt.<br />
Der Einfluss von Druck <strong>und</strong> Temperatur ist aus Tabelle 1 ersichtlich.<br />
1. Beschreiben Sie die Bindungsverhältnisse im Stickstoffmolekül, Stickstoffmonooxidmolekül<br />
<strong>und</strong> Ammoniakmolekül <strong>und</strong> vergleichen Sie diese! (6 BE)<br />
2. Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen für die Bildung der Stickstoffverbindungen in<br />
den beiden genannten Verfahren! (4 BE)<br />
3. Berechnen Sie die molaren Reaktionsenthalpien für die Bildung von Stickstoffmonooxid<br />
<strong>und</strong> Ammoniak aus den Elementen! Beurteilen Sie Ihre Berechnungen aus energetischer<br />
Sicht! (6 BE)<br />
4. Erörtern Sie mithilfe der Tabelle 1 in der Anlage den Einfluss von Druck <strong>und</strong> Temperatur<br />
auf die Ammoniakausbeute im Prozess der Ammoniaksynthese unter Einbeziehung der<br />
Gleichung für das MWG! (8 BE)<br />
5. Zur Weiterverarbeitung wird das Mischgas konvertiert.<br />
5.1 Führen Sie zwei Gründe an, die die Konvertierung des Mischgases erforderlich machen!<br />
5.2 Berechnen Sie die einzusetzende Stoffmenge Wasserdampf, wenn im Ausgangsgas<br />
1 mol Kohlenstoffmonooxid <strong>und</strong> 3 mol Wasserstoff vorliegen <strong>und</strong> das Kohlenstoffmonooxid<br />
zu 90 % entfernt werden soll!<br />
Die Gleichgewichtskonstante soll bei T = 900 K Kc = 3 betragen. (7 BE)<br />
6
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
6. Berechnen Sie den pH-Wert einer Ammoniumsulfatlösung mit c = 0,1 mol·l -1 (siehe Tafelwerk).<br />
Diskutieren Sie den Nutzen <strong>und</strong> die möglichen Schäden der Verwendung von Ammoniumsulfat<br />
als Düngemittel! (5 BE)<br />
7. Aus rauchender Salpetersäure <strong>und</strong> Glycerin entsteht die außerordentlich empfindlich reagierende<br />
Substanz Glycerintrinitrat (Nitroglycerin). Sie zerfällt bereits durch mechanische<br />
Erschütterungen.<br />
Der Zerfall kann durch folgende Reaktionsgleichung beschrieben werden:<br />
H2C - O – NO2<br />
|<br />
4 H- C - O – NO2 → 12 CO2 (g) + 6 N2 (g) + 10 H2O (g) + O2 ; ∆RH 0 = - 6312 kJ·mol -1<br />
|<br />
H2C – O – NO2 (l)<br />
Treffen Sie quantitativ begründete Aussagen zu den Auswirkungen des Zerfalls von Nitroglycerin!<br />
(4 BE)<br />
Anlage<br />
Tabelle 1: Gleichgewichtskonstanten für die Ammoniaksynthese<br />
p in Mpa T in K Kc in l 2 . mol -2<br />
0,1 673 1,7 . 10 –4<br />
0,1 773 0,15 . 10 –4<br />
0,1 873 0,024 . 10 –4<br />
0,1 773 0,15 . 10 –4<br />
3,0 773 0,16 . 10 –4<br />
10,0 773 0,17 . 10 –4<br />
Quelle: In Anlehnung an<br />
- FRANIK, R. (Hrsg.): Klausur- <strong>und</strong> Abiturtraining Chemie, Teil 4<br />
- Chemie Heute Sek. II, Lehrerband, Hannover, 1990<br />
- Abiturprüfung Sachsen, 1993 / 94, S. 16<br />
7
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Erwartungshorizont<br />
Aufgabe Erwartete Teilleistungen AFB BE<br />
1.<br />
2.<br />
3.<br />
4.<br />
5.1<br />
5.2<br />
6.<br />
Stickstoffmolekül N2: reine Atombindung, Dreifachbindung<br />
Stickstoffmonooxid NO: polare Atombindung<br />
Ammoniak NH3 : polare Atombindung<br />
Vergleichen der Bindungsverhältnisse<br />
Reaktionsgleichungen:<br />
N2+O2 2 NO<br />
N2+3H2 2 NH3<br />
Doppelpfeil muss erscheinen<br />
Berechnung der molaren Reaktionsenthalpien<br />
∆RH 0 (NO) = + 180 kJ·mol -1<br />
∆RH 0 (NH3) = - 92 kJ·mol -1<br />
Luftverbrennung ist stark endotherm<br />
sehr energieaufwendiges Verfahren<br />
Ammoniaksynthese exothermes Verfahren<br />
Für die Ammoniaksynthese gilt das MWG in der Form<br />
2<br />
c ( NH 3)<br />
Kc =<br />
3<br />
c(<br />
N ) ⋅c<br />
( H )<br />
2<br />
2<br />
Je größer der Wert für Kc desto größer die Ausbeute an<br />
Ammoniak<br />
Mit steigender Temperatur sinkt die Ausbeute an Ammoniak<br />
Mit steigendem Druck steigt die Ausbeute an Ammoniak<br />
Gründe:<br />
Entfernung von Kohlenstoffmonooxid<br />
Erhöhung des Wasserstoffanteils o. a.<br />
Berechnung zur Konvertierung: CO + H2O CO2 + H2<br />
Stoffmenge n(H2O) = 12,6 mol<br />
+<br />
z.B. pH = − lg KS(<br />
NH4<br />
) ⋅ 0,<br />
1mol<br />
⋅ l<br />
pH = 5,1<br />
Nutzen: Ammoniumsulfat als wichtiger Stickstoffdünger zum<br />
Aufbau von pflanzlichem Eiweiß<br />
Nachteil: Ammoniumsulfat bildet saure Lösungen<br />
Versauerung des Bodens<br />
Milieu des Bodens wird auf Dauer geschädigt<br />
−1<br />
8<br />
I<br />
II<br />
I<br />
I/II<br />
II<br />
II/III<br />
6<br />
4<br />
6<br />
8<br />
7<br />
5
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Aufgabe Erwartete Teilleistungen AFB BE<br />
7.<br />
Zerfall von Glycerintrinitrat (Nitroglycerin) stark exotherm<br />
Große Wärmeausdehnung des Systems, sehr hohe Temperaturen<br />
4 Mol flüssiger Stoff reagieren zu 29 Mol gasförmiger Stoffe (Volumenzunahme)<br />
Brandwirkung <strong>und</strong> Explosion<br />
9<br />
III<br />
4
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Aufgabenbeispiel für den Teil B I<br />
Kursthema „Farbstoffe“<br />
Unterrichtsbezug:<br />
Zu bearbeitende fachliche Inhalte sind u. a. Struktur-Eigenschaftsbeziehungen (12/1, 12/2,<br />
13/1, 13/2); Strukturen organischer Verbindungen (13/1); Farbstoffklassen (13/1, 13/2);<br />
Wechselwirkungen zwischen Farbstoff <strong>und</strong> Trägersubstanz (13/1 oder 13/2); Säure-Base-<br />
Reaktionen (12/1, 13/1).<br />
Thema: Kongorot<br />
Bearbeiten eines Demonstrationsexperimentes<br />
Es wird Ihnen das Färben von Baumwolle mit dem Farbstoff Kongorot demonstriert. Stücke<br />
des gefärbten Stoffes werden anschließend jeweils in Wasser, in verdünnte Essiglösung <strong>und</strong><br />
in verdünnte Natriumhydroxidlösung gegeben. Der Farbstoff kann durch folgende chemische<br />
Grenzformel angegeben werden:<br />
NH 2<br />
N<br />
SO 3 Na<br />
N N N<br />
10<br />
NH 2<br />
SO 3 Na<br />
1. Beschreiben Sie das Färbeverfahren zum Färben von Baumwolle! Notieren Sie Ihre Beobachtungen!<br />
(8 BE)<br />
2. Erklären Sie das Färben der Baumwolle mit Kongorot! (5 BE)<br />
3. Erläutern Sie unter Berücksichtigung der Struktur die Farbigkeit des Farbstoffes Kongorot!<br />
(5 BE)<br />
4. Für Kongorot liegen folgende Daten vor:<br />
Für pH = 3 Absorptionsmaximum λ1 = 589 nm<br />
Für pH = 8 Absorptionsmaximum λ2 = 486 nm<br />
4.1 Geben Sie die Farben der absorbierten <strong>und</strong> reflektierten Wellenlängen bei den gegebenen<br />
pH-Werten an! (s. Anlage) (4 BE)<br />
4.2 Leiten Sie Verwendungsmöglichkeiten dieses Farbstoffs ab. (2 BE)
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
5. Bewerten Sie die Echtheit des Farbstoffes gegen Waschlaugen <strong>und</strong> Körperschweiß!<br />
(4 BE)<br />
Mögliche Zusammensetzung von Körperschweiß:<br />
Inhaltsstoff Massenkonzentration in g . l -1<br />
Natriumchlorid<br />
Kaliumsalze<br />
Calciumsalze<br />
Harnstoff <strong>und</strong> Aminosäuren<br />
Milchsäuren, Fettsäuren, Oxofettsäuren, cyclische Alkohole<br />
Wasser<br />
Anlage<br />
11<br />
2 bis 5<br />
0,3 bis 0,5<br />
0,4 bis 0,8<br />
0,3 bis 1,6<br />
2 bis 5<br />
Rest<br />
Wellenlänge λ in nm Farbe Farbeindruck<br />
400 – 435<br />
435 – 480<br />
480 – 490<br />
490 – 500<br />
500 – 560<br />
560 – 580<br />
580 – 595<br />
595 – 605<br />
605 – 770<br />
violett<br />
blau<br />
grünblau<br />
blaugrün<br />
grün<br />
gelbgrün<br />
gelb<br />
orange<br />
rot<br />
gelbgrün<br />
gelb<br />
orange<br />
rot<br />
purpur<br />
violett<br />
blau<br />
grünblau<br />
blaugrün
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Lösungshinweise <strong>und</strong> Bewertung<br />
Aufgabe erwartete Teilleistung AFB BE<br />
1. Beschreiben des Färbevorganges<br />
2.<br />
3.<br />
4.1<br />
4.2<br />
5.<br />
Beobachtungen<br />
Farbstoff in warmem Wasser gut löslich<br />
Zieht gut auf die Baumwollfaser auf<br />
Wird durch Wasser beim Spülen abgelöst<br />
In saurer Lösung Farbänderung nach dunkelblau<br />
in basischer Lösung nach hellrot verblassend<br />
Direktfärben mit Kongorot<br />
Eine mögliche Erklärung:<br />
Auf Gr<strong>und</strong> der van-der-Waals-Kräfte <strong>und</strong> der Dipolkräfte Wechselwirkungen<br />
mit den makromolekularen Fasern der Cellulose<br />
Aufziehen des Farbstoffes auf das Cellulosemolekül, da hier<br />
ebenfalls polare Atomgruppen (–OH) vorliegen<br />
Azofarbstoff mit zwei Azogruppierungen, delokalisierte<br />
π-Elektronen <strong>und</strong> Elektronenwolke mit großer Anzahl konjugierter<br />
Elektronenpaare – Chromophor<br />
NH2 – Gruppen als auxochrome Atomgruppen<br />
SO3H – Gruppe schwach antiauxochromer Effekt<br />
Wechselwirkung mit sichtbarem Licht, Absorption bestimmter<br />
Wellenlängen<br />
λ = 490 nm ... 530 nm (grün) <strong>und</strong> Reflexion des Restlichtes (rot)<br />
pH = 3 absorbierte Farbe gelb, reflektierte Farbe blau<br />
pH = 8 absorbierte Farbe blaugrün, reflektierte Farbe orange<br />
Verwendung:<br />
Deutliche Farbänderung bei unterschiedlichen pH–Werten<br />
Indikatoreinsatz möglich<br />
Waschlaugen enthalten basische Komponenten<br />
Körperschweiß enthält neben basischen auch saure<br />
Komponenten<br />
Kongorot ist gegen Säuren <strong>und</strong> Basen nicht beständig<br />
Durch Protonenaufnahme Veränderung des konjugierten<br />
π-Systems <strong>und</strong> damit Veränderung der Struktur <strong>und</strong><br />
Wechselwirkung mit dem Licht im langwelligen Bereich (blau)<br />
12<br />
I<br />
I/II<br />
II<br />
II<br />
II<br />
II/III<br />
8<br />
5<br />
5<br />
4<br />
2<br />
4
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Aufgabenbeispiel für den Teil B II<br />
Kursthema „Koordinationsverbindungen- Komplexverbindungen“<br />
Unterrichtsbezug:<br />
Zu bearbeitende fachliche Inhalte sind u. a. Struktur-Eigenschaftsbeziehungen (12/1, 12/2,<br />
13/1, 13/2); chemische Bindungen in Komplexverbindungen (13/1 oder 13/2); Nachweisreaktionen<br />
(12/1, 12/2, 13/1, 13/2).<br />
Thema: Komplexverbindungen<br />
Bearbeitung einer Aufgabe, die fachspezifisches Material enthält<br />
Gegen Ende des 19. Jahrh<strong>und</strong>erts war man in der Lage, eine große Fülle anorganischer<br />
Verbindungen herzustellen, ohne deren Bildungsweisen, Aufbau <strong>und</strong> Eigenschaften im Einzelnen<br />
zu verstehen. Eine besondere Rolle spielten hierbei wasser- <strong>und</strong> ammoniakhaltige<br />
Metallsalze, da deren Bildung oder Zerfall häufig von charakteristischen Farbwechseln begleitet<br />
sind. In der Sprache des ausgehenden 19. Jahrh<strong>und</strong>erts bezeichnete man das braune<br />
Kupfer(II)-chlorid CuCl 2(s) als „Verbindung erster Ordnung“, das türkis-grüne<br />
CuCl 2 ·2 H 2 O (s) als „Verbindung höherer Ordnung“. Verbindungen „höherer Ordnung“ galten<br />
als komplizierter (komplexer) aufgebaut. Sie unterscheiden sich von den einfacheren Verbindungen<br />
„erster Ordnung" häufig durch das Ausbleiben charakteristischer Nachweisreaktionen.<br />
Darin lag wohl auch der Gr<strong>und</strong>, die Verbindungen „höherer Ordnung“ bereits im letzten<br />
Jahrh<strong>und</strong>ert auch Komplex-Verbindungen zu nennen.<br />
1. Erläutern Sie die Entstehung einer koordinativen Bindung in einem komplexen Teilchen<br />
<strong>und</strong> vergleichen Sie diese Bindung mit einer kovalenten Bindung (Atombindung) in einem<br />
anderen komplexen Teilchen! Wählen Sie dazu ein eigenes Beispiel! (6 BE)<br />
2. Das Ni(II)-Zentralteilchen hat in den folgenden Komplexverbindungen die Koordination 6:<br />
[Ni(NH 3 ) 6 ]SO 4 , [Ni(en) 3 ]SO 4 <strong>und</strong> Na 2 [Ni(edta)] (dabei bedeutet „en“ - Ethylendiamin <strong>und</strong><br />
„edta“ - Ethylendiamintetraacetat). Erklären Sie die unterschiedliche Anzahl der Liganden<br />
in den einzelnen Komplexen! (3 BE)<br />
13
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
3. Die folgende Darstellung zeigt die molaren Leitfähigkeiten einiger Platinverbindungen in<br />
Abhängigkeit von der Ladung der komplexgeb<strong>und</strong>enen Bestandteile:<br />
3.1 Interpretieren Sie das Diagramm! (3 BE)<br />
3.2 Ordnen Sie unter Bezugnahme auf die Darstellung die gleichkonzentrierten Lösungen<br />
der folgenden Verbindungen nach steigender molarer Leitfähigkeit: K 2 [Cu(OH) 4 ],<br />
[Cr(NH 3 ) 6 ]Cl 3 , K 4 [Fe(CN) 6 ], [Ni(H 2 O) 6 ]Cl 2 ! Begründen Sie Ihre Entscheidung <strong>und</strong> nutzen<br />
Sie dazu die bei der Dissoziation auftretenden Ionen. Formulieren Sie zwei mögliche Dissoziationsgleichungen.<br />
(12 BE)<br />
4. Die Komplexbildung hat bei qualitativen Nachweisreaktionen große praktische Bedeutung.<br />
Schülerexperiment:<br />
Untersuchen Sie die gegebenen 3 Stoffproben auf das Vorhandensein von Cu 2+<br />
- <strong>und</strong><br />
Fe 3+<br />
-Ionen!<br />
Fordern Sie schriftlich die notwendigen Nachweisreagenzien beim Aufsicht führenden<br />
Lehrer an! Notieren Sie den Versuchsablauf <strong>und</strong> die Beobachtung! Geben Sie an, welche<br />
Ionen Sie in welchem Gefäß nachgewiesen haben! (14 BE)<br />
Quelle: In Anlehnung an<br />
- Stoff - Formel – Umwelt, Tausch / v. Wachtendonk, C.C. Buchners Verlag Bamberg 1993<br />
14
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Erwartungshorizont<br />
Aufgabe Erwartete Teilleistung AFB BE<br />
1.<br />
2.<br />
3.1<br />
3.2<br />
4.<br />
Koordinative Bindung:<br />
Entstehung der Bindung (Einordnung von Elektronenpaaren in<br />
die freien Orbitale des Zentralteilchens)<br />
Atombindung:<br />
Entstehung der Bindung (Ausbildung eines Elektronenpaares<br />
durch Überlappung der Außenschalen)<br />
Vergleich: Bindende Elektronenpaare, die auf unterschiedlichem<br />
Wege gebildet wurden<br />
Erklären der unterschiedlichen Zähnigkeit der Liganden<br />
Interpretieren des Diagramms<br />
K2 [Cu(OH) 4 ] 2 K +<br />
+ [Cu(OH) 4 ] 2-<br />
3 Ionen<br />
[Cr(NH3 ) 6 ]Cl3 [Cr(NH3 ) 6 ] 3+<br />
+ 3 Cl -<br />
4 Ionen<br />
K4 [Fe(CN) 6 ] 4 K +<br />
+ [Fe(CN) 6 ] 4-<br />
5 Ionen<br />
[Ni(H2O) 6 ]Cl2 [Ni(H2O) 6 ] 2+<br />
+ 2 Cl -<br />
3 Ionen<br />
Außerdem ist die Darstellung zu berücksichtigen<br />
Reihenfolge:<br />
[Ni(H 2 O) 6 ]Cl 2 , K 2 [Cu(OH) 4 ], [Cr(NH 3 ) 6 ]Cl 3 , K 4 [Fe(CN) 6 ]<br />
Vorzugeben sind Lösungen der Konzentration c = 0,5 mol . l -1<br />
Reagenzglas A: Kupfer(II)- Ionen<br />
Reagenzglas B: keine der zu ermittelnden Ionen<br />
Reagenzglas C: Kupfer(II)- <strong>und</strong> Eisen(III)- Ionen<br />
Anforderung der 3 Nachweisreagenzien<br />
Durchführung unter Beachtung der Gefahrstoffverordnung<br />
Notieren des Ablaufs <strong>und</strong> der Beobachtungen<br />
(3 · 2 Untersuchungen)<br />
Ergebnis<br />
15<br />
I/II<br />
I<br />
II<br />
III<br />
II<br />
6<br />
3<br />
3<br />
9<br />
14
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Aufgabenbeispiel für den Teil B III<br />
Kursthema: „Natürliche <strong>und</strong> synthetische makromolekulare Stoffe“<br />
Unterrichtsbezug:<br />
Zu bearbeitende fachliche Inhalte sind u. a. Struktur-Eigenschaftsbeziehungen (12/1, 12/2,<br />
13/1, 13/2); Säure-Base-Theorie (12/1, 13/1); Reaktionstypen der organischen Chemie (13/1<br />
oder13/2); synthetische Werkstoffe (13/1 oder 13/2).<br />
Thema: Aromatische Verbindungen <strong>und</strong> Folgeprodukte<br />
Bearbeitung einer Aufgabe, die fachspezifisches Material enthält<br />
1. Benzol, Phenol <strong>und</strong> einige ihrer Derivate spielen als Naturstoffe <strong>und</strong> Industriechemikalien<br />
eine wichtige Rolle. Aus diesen Verbindungen werden wichtige Folgeprodukte hergestellt.<br />
1.1 Benzol ist eine in Wasser kaum lösliche Flüssigkeit, die Schmelztemperatur ϑ s beträgt<br />
5,5°C. Phenol ist ein mäßig löslicher Feststoff mit einer Schmelztemperatur ϑ s von<br />
41°C. Suchen Sie Ursachen für diese unterschiedlichen Eigenschaften aus der Struktur<br />
der Teilchen! (8 BE)<br />
1.2 Eine verdünnte Ammoniaklösung wird mit dem Indikator Phenolphthalein versetzt. Dazu<br />
wird tropfenweise eine Lösung von Phenol gegeben. Beschreiben Sie zu erwartende<br />
Beobachtungen <strong>und</strong> erklären Sie diese! (5 BE)<br />
2. Ethylbenzol kann durch katalytische Dehydrierung in Styrol <strong>und</strong> dann weiter in den<br />
Kunststoff Polystyrol umgewandelt werden. Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen<br />
für die Herstellung von Polystyrol aus Ethylbenzol! (6 BE)<br />
3. Es existiert eine Vielzahl von Polymeren, die zum Teil als Werkstoffe Bedeutung erlangt<br />
haben. Die folgenden Formelausschnitte charakterisieren Makromoleküle:<br />
A - (CH2)6 - CO - NH - (CH2)6 - CO - NH - (CH2)6 -<br />
B - CH2 - CHC6H5 - CH2 - CHC6H5 - CH2 -<br />
C - CH2 - O - CH2 - O - CH2 - O -<br />
3.1 Geben Sie die Strukturformeln <strong>und</strong> die Namen der Monomere an, aus denen diese<br />
Makromoleküle hergestellt werden können! Benennen Sie den Typ der jeweiligen Polyreaktion!<br />
(7 BE)<br />
3.2 Warum besitzen diese Kunststoffe keine definierte Schmelztemperatur sondern<br />
Schmelzbereiche? (3 BE)<br />
3.3 Wählen Sie unter den Polyprodukten A <strong>und</strong> B das Material für einen säurefesten Werkstoff<br />
aus! Begründen Sie diese Wahl! (5 BE)<br />
Quelle: In Anlehnung an<br />
- Schriftliche Abiturprüfung Sachsen-Anhalt 1996/1997<br />
- Abituraufgaben, Verlag Joseph Hofstetter<br />
16
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Erwartungshorizont<br />
Aufgabe erwartete Teilleistung AFB BE<br />
1.1<br />
1.2<br />
2.<br />
3.1<br />
3.2<br />
3.3<br />
Löslichkeit<br />
Benzol unpolar, Wasser polar<br />
Phenol – hydrophile, polare Hydroxylgruppe, zum Teil auch Protolysereaktionen<br />
mit Wasser möglich<br />
Schmelztemperaturen<br />
Unpolare Benzolmoleküle; VAN DER WAALS-Kräfte – geringe Anziehung<br />
Zwischen Phenolmolekülen sind Wasserstoffbrücken möglich<br />
Basische Reaktion der Ammoniaklösung<br />
Phenollösung reagiert schwach sauer<br />
Neutralisationsreaktion bedingt Farbreaktion von rot zu farblos<br />
Wort- <strong>und</strong> Reaktionsgleichungen unter Einbeziehung der Angaben<br />
der Aufgabe<br />
A Aminoheptansäure Polykondensation<br />
B Styrol (Ethylbenzol) Polymerisation<br />
C Methanal Polymerisation<br />
Unterschiedliche Molekülgröße der Makromoleküle<br />
Geeignetes Material – Polystyrol (B), da unpolare Moleküle, keine<br />
Hydrolyse möglich<br />
17<br />
I/II<br />
II<br />
II<br />
II<br />
II<br />
III<br />
8<br />
5<br />
6<br />
7<br />
3<br />
5
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Aufgabenbeispiel für den Teil B IV<br />
Kursthema: „Waschmittel - Tenside“<br />
Unterrichtsbezug:<br />
Zu bearbeitende fachliche Inhalte sind u. a. Säure-Base-Theorie (12/1, 13/1), Zusammenhang<br />
zwischen Struktur <strong>und</strong> Eigenschaften von Seifen (13/1 oder 13/2); Fällungsreaktionen<br />
als Nachweis (12/2, 13/1, 13/2).<br />
Thema: Seifen<br />
Bearbeitung einer Aufgabe, die fachspezifisches Material enthält <strong>und</strong> Durchführung sowie<br />
Bearbeitung eines Schülerexperimentes<br />
1. Die Kulturgeschichte des Waschens geht bis in die Frühzeit der Menschen zurück.<br />
Bereits im 5. Jahrtausend v. Chr. wurden im Vorderen Orient Pottasche (Kaliumcarbonat)<br />
<strong>und</strong> Soda (Natriumcarbonat) zur Reinigung benutzt. Die Römer reinigten stark<br />
verschmutzte Wolle in gewerblichen Waschanstalten mit sich zersetzendem Urin. Urin<br />
enthält Harnstoff. Bei der Hydrolyse entsteht eine Lösung von Ammoniumcarbonat.<br />
Diese Lösung riecht nach Ammoniak.<br />
1.1 Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen für die Reaktionen von Pottasche, Soda <strong>und</strong><br />
Ammoniak mit Wasser! Bestimmen Sie die Reaktionsarten! Begründen Sie Ihre Entscheidung<br />
an einem Beispiel! Geben Sie an, worauf die reinigende Wirkung von<br />
Pottasche, Soda <strong>und</strong> Ammoniak beruht! (10 BE)<br />
2. Synthese der Seife<br />
Von alters her wird Seife aus Fett gewonnen. In einem alten Experimentierbuch eines<br />
Seifensieders hat man folgendes Rezept zur Seifenherstellung gef<strong>und</strong>en: „Man vermischt<br />
Ziegenfett mit Natronlauge <strong>und</strong> lässt die Mischung vorsichtig 20 Minuten in einem<br />
Topf kochen. Anschließend wird der zähflüssige Inhalt des Topfes in ein Gefäß<br />
mit gesättigter Kochsalzlösung geschüttet. Die Seife sammelt sich an der Oberfläche<br />
der Flüssigkeit <strong>und</strong> kann abgeschöpft <strong>und</strong> getrocknet werden.“<br />
2.1 Welche Seifenart erhält man nach diesem Rezept? Stellen Sie die entsprechende Reaktionsgleichung<br />
zur Bildung dieser Seife auf!<br />
Hinweis: Die Fettmoleküle des Ziegenfetts enthalten Reste von Hexadecansäure <strong>und</strong><br />
9-Octadecensäure im Stoffmengenverhältnis 2:1. (4 BE)<br />
2.2 Welche Veränderungen müsste man an diesem Rezept vornehmen, um eine Seife mit<br />
geringer Konsistenz zu erhalten? (2 BE)<br />
3. Führen Sie folgendes Experiment aus:<br />
Im Becherglas befindet sich eine Seife, die aus Ölsäure (9-Octadecensäure) unter<br />
Rühren mit konzentrierter Natronlauge hergestellt wurde. Füllen Sie die Petrischale<br />
halb mit Wasser <strong>und</strong> bestreuen Sie die Oberfläche mit etwas Aktivkohlepulver, nachdem<br />
das Wasser zur Ruhe gekommen ist! Nun taucht man kurz mit dem Glasstab, an<br />
dem sich etwas Seife befindet, in die Mitte der Petrischale.<br />
Notieren Sie Ihre Beobachtungen! Erklären Sie! (7 BE)<br />
18
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
4. Auf dem Etikett einer Mineralwasserflasche ist folgendes zu lesen:<br />
1 Liter Mineralwasser enthält:<br />
Na + 110,5 mg<br />
Cl - 27,7 mg<br />
K + 28,1 mg<br />
SO4 2- 77 mg<br />
Mg 2+ 98,3 mg<br />
Ca 2+ 204,3 mg<br />
−<br />
HCO 640 mg<br />
3<br />
CO2<br />
1025 mg<br />
Mit diesem Mineralwasser sei ein Reagenzglas gefüllt. Zu diesem Wasser wird etwas<br />
Kernseifelösung gegeben <strong>und</strong> geschüttelt.<br />
Es können drei verschiedene Reaktionen abgelaufen sein. Geben Sie für die möglichen<br />
Reaktionen die Reaktionsgleichungen an! (7 BE)<br />
Quelle: In Anlehnung an<br />
- Prof. Dr. Wolfgang Glöckner Kunststoffe, Farbstoffe, Waschmittel - Chemie für Gymnasien.<br />
1. Auflage. Bamberg: C.C. Buchners Verlag, 1980<br />
- Eigenschaften von Seifen <strong>und</strong> modernen Waschmitteln. Unterrichtsmaterialien für Lehr-<br />
kräfte Sek. II – Loseblattsammlung. Stark – Verlag<br />
19
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Erwartungshorizont<br />
Aufgabe erwartete Teilleistung AFB BE<br />
1.1<br />
2.1<br />
2.2<br />
3.<br />
Entwickeln von Reaktionsgleichungen für die Reaktionen von<br />
Pottasche (Kaliumcarbonat), Soda (Natriumcarbonat) <strong>und</strong> Ammoniak<br />
mit Wasser<br />
Angabe der Reaktionsarten: Protolysereaktion <strong>und</strong> Erläuterung<br />
durch Angabe korrespondierender Säure- Base-Paare an einem<br />
Beispiel<br />
Basische Wirkung der angegebenen Stoffe in wässriger Lösung<br />
Kernseife; Angabe der Reaktionsgleichung unter Beachtung der gegebenen<br />
Anteile an Fettsäuren<br />
Kalilauge bzw. Kaliumcarbonat<br />
Beobachtungen:<br />
Das schwarze Aktivkohlepulver liegt auf der Wasseroberfläche.<br />
Nach dem Eintauchen mit dem Glasstab, an dem sich Seife bef<strong>und</strong>en<br />
hat, werden die Aktivkohleteilchen an den Rand der Petrischale<br />
gedrängt <strong>und</strong> sie sinken zu Boden.<br />
Erklärung, z. B.:<br />
Die Aktivkohleteilchen sinken aufgr<strong>und</strong> der Oberflächenspannung<br />
des Wassers nicht nach unten<br />
Nach dem Eintauchen des Glasstabes werden die Aktivkohlepartikel<br />
an den Rand gedrängt, weil die Seifenanionen die Wasseroberfläche<br />
besetzen; die Oberflächenspannung wird geringer <strong>und</strong> so sinken die<br />
Aktivkohlepartikel nach unten<br />
4. Zu erwartende Veränderung: z. B.<br />
Trübung des Mineralwassers nach Zugabe der Kernseife<br />
Mögliche Reaktionen:<br />
1. Reaktion der Calcium-Ionen mit den Seifenanionen unter Bildung<br />
von schwer löslicher Kalkseife<br />
2. Reaktion der Magnesium-Ionen mit den Seifenanionen unter Bildung<br />
des schwerlöslichen Magnesiumsalzes<br />
3. Reaktion der Hydronium-Ionen, die beim Zerfall der Kohlensäure<br />
im Wasser entstehen, mit den Seifenanionen unter Bildung einer<br />
unlöslichen höheren Fettsäure<br />
Angabe entsprechender Reaktionsgleichungen<br />
20<br />
I/II<br />
II<br />
I<br />
I/II<br />
II/III<br />
10<br />
4<br />
2<br />
7<br />
7
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
1.3 <strong>Aufgabenbeispiele</strong> für den Leistungskurs<br />
Aufgabenbeispiel für den Teil A<br />
Unterrichtsbezug:<br />
Zu bearbeitende fachliche Inhalte sind u. a. Säure-Base-Reaktionen (12/1, 13/1); Redoxreaktionen<br />
(12/2); Fällungsreaktionen als Nachweis (12/2, 13/1, 13/2); Titration als ein quantitatives<br />
Verfahren <strong>und</strong> Auswertung von Experimenten (12/1); energetische Betrachtungen chemischer<br />
Reaktionen (12/1, 12/2); Farbstoffe als Indikatoren (13/1 oder 13/2).<br />
Thema I: Säure-Base-Reaktionen<br />
Bearbeitung einer Aufgabe, die fachspezifisches Material enthält<br />
Zur Bestimmung des Säuregehaltes eines flüssigen Entkalkers wird 1 ml der Entkalkerlösung<br />
auf 100 ml verdünnt <strong>und</strong> mit einer Natriumhydroxidlösung der Konzentration c = 1 mol·l -1<br />
titriert unter Verwendung eines pH-Meters. Man erhält die unten abgebildete Kurve.<br />
Leitungswasser enthält neben Calcium-Ionen auch Hydrogencarbonat-Ionen. Bei höheren<br />
Temperaturen reagieren diese Hydrogencarbonat-Ionen zu Carbonat-Ionen, Kohlenstoffdioxid<br />
<strong>und</strong> Wasser. In der Folge bildet sich Calciumcarbonat (vereinfacht: Kesselstein). Durch<br />
Reaktion mit der Entkalkerlösung kann dieser entfernt werden. Die Entkalkerlösung enthält<br />
den Farbstoff Methylorange, der im pH–Bereich 3,1 ... 4,4 seine Farbe von rot nach gelb<br />
ändert.<br />
1. Beschreiben <strong>und</strong> interpretieren Sie den Verlauf der Titrationskurve unter Berücksichtigung<br />
von Äquivalenzpunkt <strong>und</strong> Halbäquivalenzpunkt! (6 BE)<br />
2. Weisen Sie rechnerisch nach, dass am Halbäquivalenzpunkt gilt : pH = pKs .<br />
Ermitteln Sie die Säure, die in der Entkalkerlösung enthalten sein könnte! (5 BE)<br />
3. Berechnen Sie die Konzentration <strong>und</strong> die Masse der in einem Liter der Entkalkerlösung<br />
enthaltenen Säure! Leiten Sie daraus Schlussfolgerungen für den Umgang mit Entkalkerlösungen<br />
ab!<br />
(6 BE)<br />
21
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
4. Formulieren Sie Reaktionsgleichungen, die den Entkalkungsvorgang verdeutlichen <strong>und</strong><br />
erläutern Sie die ablaufenden Reaktionen! (5 BE)<br />
5. Entwickeln Sie eine Reaktionsgleichung für das im Trinkwasser vorliegende chemische<br />
Gleichgewicht <strong>und</strong> begründen Sie die Temperaturabhängigkeit. Nutzen Sie die nachstehende<br />
Tabelle! (4 BE)<br />
Temperatur<br />
in °C<br />
Löslichkeit<br />
von CO2<br />
in g·l -1<br />
0 10 20 30 40 50 60<br />
3,35 2,32 1,69 1,25 0,97 0,76 0,58<br />
6. In der Gebrauchsanweisung steht u. a. geschrieben: „... die Lösung ca. 30 Minuten einwirken<br />
lassen. Schlägt die Farbe auf gelb um, ist der Vorgang zu wiederholen, da die Lösekraft<br />
erschöpft ist. ...“. Erläutern Sie die auftretenden Farbveränderungen! (4 BE)<br />
Thema II: Elektrochemische Spannungsreihe<br />
Durchführung <strong>und</strong> Bearbeitung eines Schülerexperimentes<br />
Bestimmen Sie die molare Reaktionsenthalpie für die Oxidation von Zink durch Kupfer (II) –<br />
Ionen in wässriger Lösung aus kalorimetrischen Messdaten! Lösen Sie dazu die gegebenen<br />
6,25 g Kupfer(II)-sulfat-5-hydrat in 100 ml Wasser vollständig <strong>und</strong> geben Sie diese Lösung in<br />
das Kalorimetergefäß! Das Zinkpulver wird bereit gestellt.<br />
Folgende Chemikalien <strong>und</strong> Geräte stehen bereit:<br />
Kalorimeter, Thermometer, Messkolben (100 ml) Glasstab, Becherglas, Messzylinder<br />
Kupfer(II)-sulfat–5-hydrat (CuSO4 · 5 H2O) (Xn), Zinkpulver, destilliertes Wasser<br />
(Hinweis: Die Dichte der Kupfer(II)-sulfatlösung entspricht näherungsweise der des Wassers.<br />
Der Wasserwert des Kalorimetergefäßes bleibt unberücksichtigt.)<br />
1. Führen Sie das Experiment durch! Fertigen Sie ein Protokoll an! (8 BE)<br />
2. Berechnen Sie die molare Reaktionsenthalpie für diese Reaktion! (4 BE)<br />
3. Erläutern Sie aus der elektrochemischen Spannungsreihe den Verlauf dieser Reaktion<br />
unter Angabe der korrespondierenden Redoxpaare! (4 BE)<br />
4. Berechnen Sie die Masse an Zinkpulver, die der Kupfer(II)-sulfatlösung zugesetzt werden<br />
muss, um die Kupfer(II)-Ionen vollständig umzusetzen! (3 BE)<br />
5. Diskutieren Sie den experimentell ermittelten Wert im Vergleich zum berechneten<br />
Wert der zu erwartenden Reaktionsenthalpie! Nutzen Sie folgende Angaben: (6 BE)<br />
Stoff ∆fH 0 in kJ·mol -1 ∆fG 0 in kJ·mol –1<br />
Cu 2+ (aq)<br />
Zn 2+ (aq)<br />
65<br />
- 154<br />
Quelle: In Anlehnung an<br />
- FRANIK, R.:(Hrsg.) Klausur- <strong>und</strong> Abiturtraining Chemie, Teil 4, S. 166 ff.<br />
- Abiturprüfung Sachsen 1995/96, S. 21<br />
22<br />
66<br />
- 147
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Erwartungshorizont<br />
Thema I<br />
Aufgabe erwartete Teilleistung AFB BE<br />
1.<br />
2.<br />
3.<br />
4.<br />
Ein pH-Sprung – einprotonige Säure.<br />
Kurvenverlauf beginnt bei pH = 2, steigt dann etwas stärker an,<br />
dann wieder schwächer bis zum 1. Wendepunkt dem Halbäquivalenzpunkt<br />
der Kurve<br />
Danach wieder stärkerer Anstieg bis zum 2. Wendepunkt, dem<br />
Äquivalenzpunkt. Dieser liegt bei einem pH–Wert größer 7. Es<br />
handelt sich um eine mittelstarke Säure<br />
Volumen verbrauchter NaOH: V = 20 ml.<br />
Der Halbäqivalenzpunkt entspricht dem Punkt, dessen Abszissenwert<br />
der Hälfte des Abszissenwertes des Äquivalenzpunktes<br />
entspricht<br />
Die Hälfte der Säure ist neutralisiert, die Konzentration der Säure<br />
ist gleich der Konzentration der konjugierten Base<br />
Für den Ks–Wert bzw. pKs–Wert einer Säure gilt:<br />
+<br />
c(<br />
H 3O<br />
) ⋅c(<br />
B)<br />
c(<br />
B)<br />
K S =<br />
bzw. pK S = pH − lg<br />
c(<br />
HB)<br />
c(<br />
HB)<br />
Für den Halbäquivalenzpunkt gilt c(HB) = c(B) <strong>und</strong><br />
Ks = c(H3O + ) oder pKs = pH<br />
Der Halbäquivalenzpunkt liegt bei pH = 3,8 <strong>und</strong> pKs = 3,8.<br />
Dieser Wert entspricht dem der Methansäure<br />
Berechnung der Säurekonzentration:<br />
Aus cSäure · VSäure = cBase · VBase<br />
cSäure = 20 mol·l -1<br />
Berechnung der Masse:<br />
mit m = n · M <strong>und</strong> n = c · V ergibt sich m = c · V · M<br />
mHCOOH = 20 mol·l -1 · 46 g·mol -1 · 1 l<br />
mHCOOH = 920 g<br />
In einem Liter Entkalkerlösung befinden sich 920 g Methansäure<br />
Es handelt sich um eine hochkonzentrierte Säurelösung<br />
Beim Umgang ist Vorsicht geboten<br />
Reaktionsgleichungen:<br />
CaCO3 + H3O + Ca 2+ + HCO3 - + H2O<br />
HCO3 - + H3O +<br />
CO2 +2 H2O<br />
(Andere mögliche Reaktionsgleichungen werden ebenfalls anerkannt)<br />
Erläuterungen<br />
23<br />
I<br />
II<br />
II<br />
II<br />
6<br />
5<br />
6<br />
5
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Aufgabe erwartete Teilleistung AFB BE<br />
5.<br />
6.<br />
Thema II<br />
Ca 2+ + 2 HCO3 - CaCO3 + CO2 + H2O<br />
Löslichkeit von CO2 nimmt mit steigender Temperatur ab.<br />
Veränderung des Löslichkeitsgleichgewichtes von CO2 in Wasser<br />
– Einstellung zur Seite des Calciumcarbonates <strong>und</strong> Ausfällen<br />
von Kesselstein<br />
Methylorange zeigt einen Farbumschlag von rot nach gelb<br />
bei pH = 3,1 bis 4,4. Methansäure ist eine mittelstarke Säure<br />
Es ergibt sich die Rotfärbung des Indikatorfarbstoffes<br />
Beim Entkalkungsvorgang wird Säure verbraucht, die<br />
Konzentration an Hydroniumionen (Protonen) sinkt, der pH–<br />
Wert steigt. Die Farbe ändert sich nach gelb<br />
Bei pH = 4,4 sind nach Titrationskurve etwa 90 % der<br />
Säure verbraucht. Der Vorgang muss eventuell wiederholt werden.<br />
Aufgabe erwartete Teilleistung AFB BE<br />
1.<br />
2.<br />
3.<br />
4.<br />
Durchführung des Experimentes<br />
Sauberkeit, Selbständigkeit, Entsorgung<br />
Versuchsprotokoll mit:<br />
Aufgabe, Geräte <strong>und</strong> Chemikalien, Durchführung<br />
Auswertung mit Angabe der Reaktionsgleichung<br />
∆T = 13 K<br />
Cu 2+ (aq) + Zn(s) Cu(s) + Zn 2+ (aq)<br />
Bewertung der Reaktionsgleichung auch ohne die Symbole (aq)<br />
<strong>und</strong> (s)<br />
Berechnung von ∆RH 0 = - 217,5 kJ·mol -1<br />
Zink gegenüber Kupfer kleineres Standardelektrodenpotenzial<br />
<strong>und</strong> daher zur Oxidation neigend. Kupfer(II)–Ionen werden<br />
reduziert zu Kupfer<br />
Zink wird zu Zink(II)–Ionen oxidiert<br />
Elektronenübergang<br />
Angabe der Redoxpaare<br />
Berechnung der Masse an Zink: mZn = 1,6 g<br />
24<br />
III<br />
III<br />
I/II<br />
I<br />
II<br />
I<br />
4<br />
4<br />
8<br />
4<br />
4<br />
3
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Aufgabe erwartete Teilleistung AFB BE<br />
5.<br />
Berechnen der theoretisch zu erwartenden molaren<br />
Reaktionsenthalpie nach dem Satz von HESS<br />
∆RH 0 = - 219 kJ·mol -1<br />
Vergleich<br />
25<br />
II/III<br />
6
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Aufgabenbeispiel für den Teil B I<br />
Kursthema „Farbstoffe“<br />
Thema: Methylrot<br />
Unterrichtsbezug:<br />
Zu bearbeitende fachliche Inhalte sind u. a. mesomere Strukturen (13/1 oder 13/2); Struktur-<br />
Eigenschaftsbeziehungen (12/1,12/2, 13/1, 13/2); Säure-Base-Reaktionen (12/1, 13/1);<br />
Wechselwirkung zwischen Farbstoff <strong>und</strong> Trägersubstanz (13/1 oder 13/2), physikalische<br />
Gr<strong>und</strong>lagen der Beziehung Licht - Farbe <strong>und</strong> energetische Betrachtungen chemischer Reaktionen<br />
(13/1 oder 13/2).<br />
Durchführung <strong>und</strong> Bearbeitung eines Schülerexperimentes<br />
Der Farbstoff Methylrot kann durch folgende mögliche Grenzformel angegeben werden:<br />
In je einem Reagenzglas befindet sich eine geringe Menge des Farbstoffes Methylrot. Geben<br />
Sie dazu<br />
a) 10 ml destilliertes Wasser,<br />
b) 10 ml Ethanol.<br />
Verschließen Sie die Reagenzgläser <strong>und</strong> schütteln Sie! Versetzen Sie nun je 2 ml der Lösungen<br />
aus a) <strong>und</strong> b) mit einigen Tropfen verdünnter Chlorwasserstoffsäure bzw. mit einigen<br />
Tropfen verdünnter Natronlauge.<br />
1. Führen Sie die Experimente durch! (8 BE)<br />
2. Beschreiben Sie Ihre Beobachtungen aus den Experimenten! Schätzen Sie mithilfe der<br />
Tabelle in der Anlage die Absorptionswellenlängen der einzelnen Lösungen ab <strong>und</strong> berechnen<br />
Sie die absorbierte Energie je Mol des Farbstoffes in wässriger Lösung!<br />
(5 BE)<br />
3. Erklären Sie die Farbigkeit der gegebenen chemischen Verbindung aus der Struktur!<br />
(5 BE)<br />
4. Interpretieren Sie das Verhalten von Methylrot gegenüber Säuren <strong>und</strong> Basen unter Verwendung<br />
möglicher Grenzformeln! (8 BE)<br />
5. Bewerten Sie die Eignung des Farbstoffes Methylrot als Färbemittel für Textilien unter<br />
Nutzung der folgenden Angaben! (4 BE)<br />
Mögliche Zusammensetzung von Körperschweiß:<br />
Inhaltsstoff Massenkonzentration in g . l -1<br />
Natriumchlorid<br />
Kaliumsalze<br />
Calciumsalze<br />
Harnstoff <strong>und</strong> Aminosäuren<br />
Milchsäuren, Fettsäuren, Oxofettsäuren, cyclische Alkohole<br />
Wasser<br />
26<br />
2 bis 5<br />
0,3 bis 0,5<br />
0,4 bis 0,8<br />
0,3 bis 1,6<br />
2 bis 5<br />
Rest
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Anlage<br />
Wellenlänge λ in nm Farbe Farbeindruck<br />
400 – 435<br />
435 – 480<br />
480 – 490<br />
490 – 500<br />
500 – 560<br />
560 – 580<br />
580 – 595<br />
595 – 605<br />
605 – 770<br />
violett<br />
blau<br />
grünblau<br />
blaugrün<br />
grün<br />
gelbgrün<br />
gelb<br />
orange<br />
rot<br />
27<br />
gelbgrün<br />
gelb<br />
orange<br />
rot<br />
purpur<br />
violett<br />
blau<br />
grünblau<br />
blaugrün
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Erwartungshorizont<br />
Aufgabe erwartete Teilleistung AFB BE<br />
1.<br />
2.<br />
3.<br />
4.<br />
Durchführung der Experimente<br />
- Sauberkeit<br />
- Selbstständigkeit<br />
- Entsorgung<br />
Untersuchung der Löslichkeit<br />
Untersuchung der Reaktion auf Säure / Base<br />
Protokoll vollständig <strong>und</strong> richtig<br />
Beobachtungen formulieren<br />
Löslichkeit Farbe in a) <strong>und</strong> b) etwa orangerot<br />
λ in Wasser = 480 bis 490 nm<br />
λin Ethanol = 480 bis 490 nm<br />
Reaktion auf Säure: Farbänderung zu rot<br />
λ = 490 bis 520 nm<br />
Reaktion auf Base: Farbänderung zu gelb<br />
λ = 420 bis 480 nm<br />
h ⋅c<br />
E =<br />
λ<br />
Farbigkeit von Methylrot<br />
Azofarbstoff mit entsprechendem Chromophor<br />
Dimethylaminogruppe als Auxochrom<br />
Carboxylgruppe als Antiauxochrom<br />
die entsprechenden Gruppen werden in der Molekülformel richtig gekennzeichnet<br />
Farbstoff absorbiert Lichtenergie; Elektronenanregung<br />
aufgenommene Energie in Wärmeenergie gewandelt<br />
restliche Wellenlängen werden reflektiert <strong>und</strong> damit ist der Farbeindruck orange<br />
Einfluss der Molekülstruktur auf die Löslichkeit<br />
Chromophor -hydrophob<br />
Dimethylaminogruppe -hydrophob<br />
Carboxylgruppe -hydrophil<br />
also: wasserlöslich, ethanollöslich<br />
Angabe möglicher mesomerer Grenzstrukturen<br />
Elektronenverschiebungen <strong>und</strong> mögliche Reaktionen auf Protonen im chemischen<br />
Gleichgewicht wässriger Systeme<br />
HIn In - + H +<br />
rot<br />
gelb<br />
Zusatz von OH - : hypsochrome Farbverschiebung zu gelb<br />
Zusatz von H3O + : bathochrome Farbverschiebung zu rot<br />
28<br />
I<br />
I/II<br />
II<br />
II<br />
8<br />
5<br />
5<br />
8
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Aufgabe erwartete Teilleistung AFB BE<br />
5.<br />
auf Gr<strong>und</strong> der Molekülstruktur als Farbstoff geeignet<br />
Direktfärben von Textilien möglich<br />
aber: Körperschweiß enthält basische bzw. saure Komponenten<br />
Waschmittel enthalten basische Komponenten<br />
Folge: Farbänderungen auf dem Stoff bei Kleidung<br />
Azofarbstoffe sind häufig lichtempfindlich<br />
Folge: Ausbleichen<br />
Azofarbstoffe sind häufig ges<strong>und</strong>heitsgefährdend<br />
für Kleidung nicht geeignet<br />
29<br />
III<br />
4
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Aufgabenbeispiel für den Teil B II<br />
Kursthema „Koordinationsverbindungen- Komplexverbindungen“<br />
Unterrichtsbezug:<br />
Zu bearbeitende fachliche Inhalte sind u. a. Struktur-Eigenschaftsbeziehungen (12/1, 12/2,<br />
13/1); VB-Theorie in Komplexverbindungen/Hybridisierungszustände (12/1, 13/ oder 13/2);<br />
Nachweisreaktionen (13/1, 13/2).<br />
Thema: Komplexverbindungen<br />
Durchführung <strong>und</strong> Bearbeitung eines Schülerexperimentes<br />
Komplexverbindungen sind eine Gruppe chemischer Substanzen, die in der Technik <strong>und</strong> bei<br />
Lebensprozessen Bedeutung haben.<br />
1. Führen Sie folgende Experimente durch:<br />
a) Lösen Sie in einem Reagenzglas eine Spatelspitze wasserfreies Kupfer(II)-sulfat in<br />
etwa 2 ml Wasser! Geben Sie dann in das Reagenzglas tropfenweise Ammoniaklösung,<br />
bis kein Niederschlag mehr vorhanden ist!<br />
b) Zu einer verdünnten Eisen(III)-chloridlösung werden einige Tropfen Thiocyanatlösung<br />
gegeben. Anschließend wird diese Lösung mit ausreichend Wasser verdünnt.<br />
(2 BE)<br />
1.1 Notieren Sie die Beobachtungen! (4 BE)<br />
1.2 Erklären Sie die Farbänderungen <strong>und</strong> formulieren Sie die Reaktionsgleichungen!<br />
(6 BE)<br />
2. Cyanid-Ionen als Säurerest-Ionen der Blausäure(HCN) sind für den menschlichen Körper<br />
äußerst giftig.<br />
2.1 Gibt man zu einer gelbgrünen Eisen(II)-sulfatlösung Cyanid-Ionen aus einer Kaliumcyanidlösung,<br />
verfärbt sich die Lösung. Es bildet sich das gelbe Kaliumhexacyanoferrat(II)<br />
<strong>und</strong> nach der Reaktion mit elementarem Chlor bildet sich das rote Kaliumhexacyanoferrat(III).<br />
Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen <strong>und</strong> geben Sie für die abgelaufenen<br />
Reaktionen die Reaktionsarten an! (7 BE)<br />
3. Beim einfachen Bindungsmodell für Komplexverbindungen fasst man die Bindung zwischen<br />
dem Zentralteilchen <strong>und</strong> den Liganden als koordinative Bindung auf, bei denen<br />
die Liganden mit ihren freien Elektronenpaaren leere Orbitale des Zentralteilchens besetzen,<br />
so dass das Zentralteilchen die Edelgaskonfiguration erreicht. Dieses Modell<br />
wurde von Pauling zur VB-Theorie (Valence-Bond-Theorie) weiterentwickelt, bei der<br />
eine Hybridisierung der 3d- bzw. 4d- sowie 4s- <strong>und</strong> 4p-Orbitale des Zentralteilchens mit<br />
anschließender Besetzung der Hybridorbitale durch die freien Elektronenpaare der Liganden<br />
angenommen wird.<br />
30
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Die Hybridisierungszustände für Zentralteilchen mit den Koordinationszahlen 2, 4 <strong>und</strong> 6<br />
<strong>und</strong> die entsprechende Raumgeometrie der Komplexverbindungen werden im Folgenden<br />
dargestellt:<br />
3.1 Erläutern Sie das einfache koordinative Bindungsmodell über die Edelgasregel am<br />
Beispiel des Hexaammincobalt(III)-Ions [Co(NH3)6]3+! (2 BE)<br />
3.2 Erklären Sie die geometrische Struktur des Hexacyanochromat(III)-, Hexaaquacobalt(II)-<br />
<strong>und</strong> Tetracyanocuprat(I)-Komplexes mithilfe der Valenz-Bindungs-Theorie!<br />
Welches magnetische Verhalten des Hexacyanochromat(III)-Komplexes ist zu erwarten?<br />
Begründen Sie Ihre Entscheidung! (8 BE)<br />
3.3 Erläutern Sie am Beispiel des quadratisch-planar gebauten Tetraamminkupfer(II)-<br />
Komplexes die Grenzen des auf der VB-Theorie beruhenden Bindungsmodells! (3 BE)<br />
4. Erläutern Sie an einem Beispiel die Bedeutung von Komplexverbindungen! (3 BE)<br />
Quelle: In Anlehnung an<br />
- Abitur-Prüfungsaufgaben mit Lösungen, Bayern 1998 <strong>und</strong> 1996<br />
- Stoff - Formel - Umwelt, Tausch / v. Wachtendonk, C.C. Buchners Verlag Bamberg 1993<br />
31
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Erwartungshorizont<br />
Aufgabe Erwartete Teilleistung AFB BE<br />
1.<br />
1.1<br />
1.2<br />
2.1<br />
3.1<br />
3.2<br />
3.3<br />
4.<br />
experimentelle Durchführung unter Beachtung der Gefahrstoffverordnung<br />
Notieren der Beobachtungen bei beiden Experimenten<br />
a) Formulieren von 2 Reaktionsgleichungen; Begründung der<br />
Farbänderung bei Ligandenaustauschreaktionen<br />
b) Formulieren von 2 Reaktionsgleichungen; Begründung der<br />
Farbänderung bei Ligandenaustauschreaktionen<br />
Reaktionsgleichungen <strong>und</strong> Reaktionsarten angeben<br />
Angabe der Elektronenkonfiguration für die Komplexteilchen<br />
Angabe der geometrischen Struktur der Komplexverbindungen<br />
mithilfe der Hybridisierungen<br />
Komplex ist paramagnetisch, weil ungepaarte Elektronen vorliegen<br />
quadratisch-planarer Komplex widerspricht dem Modell<br />
(tetraedrisch)<br />
Grenzen des Modells (fehlende Edelgaskonfiguration)<br />
ein Beispiel ist zu erläutern<br />
32<br />
I<br />
I<br />
II<br />
I/II<br />
I/II<br />
II/III<br />
III<br />
I/II<br />
2<br />
4<br />
6<br />
7<br />
2<br />
8<br />
3<br />
3
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Aufgabenbeispiel für den Teil B III<br />
Kursthema: „Natürliche <strong>und</strong> synthetische makromolekulare Stoffe“<br />
Thema: Stoffe in Natur <strong>und</strong> Technik<br />
Unterrichtsbezug:<br />
Zu bearbeitende fachliche Inhalte sind u. a. Struktur-Eigenschaftsbeziehungen (12/1, 12/2,<br />
13/1, 13/2); Säure-Base-Theorie (12/1, 13/1); Experimente zur reduzierenden Wirkung (13/1<br />
oder 13/2); Reaktionstypen der organischen Chemie <strong>und</strong> moderne synthetische Werkstoffe<br />
(13/1 oder 13/2).<br />
Bearbeitung eines Demonstrationsexperimentes <strong>und</strong> Bearbeitung einer Aufgabe, die fachspezifisches<br />
Material enthält<br />
1. Demonstrationsexperiment zur Untersuchung von Eigenschaften<br />
Untersucht wird<br />
a) die elektrische Leitfähigkeit,<br />
b) der pH-Wert in folgenden Lösungen<br />
100 ml Alanin-Lösung (2-Aminopropansäure)<br />
100 ml Propansäure-Lösung<br />
100 ml Milchsäure-Lösung (2-Hydroxypropansäure)<br />
(für alle Lösungen gilt c = 0,1 mol·l -1 ).<br />
1.1 Notieren Sie Ihre Beobachtungen <strong>und</strong> werten Sie diese aus! Beziehen Sie in Ihre Auswertung<br />
besonders das Verhalten der wässrigen Lösung von Alanin am isoelektrischen<br />
Punkt ein! (7 BE)<br />
2. Begründen Sie die optische Aktivität der Milchsäure! (3 BE)<br />
3. Polymilchsäure (Poly-2-hydroxypropansäure) ist ein zunehmend verwendeter Kunststoff<br />
für die Herstellung von Verpackungsmaterial.<br />
3.1 Das Monomer kann mithilfe von Mikroorganismen aus Glucose hergestellt werden.<br />
Zeigen Sie unter Verwendung von Strukturformeln einen möglichen Weg auf, der von<br />
Glucose über Brenztraubensäure (2-Ketopropansäure) zur Milchsäure führt! Für die<br />
beteiligten Coenzyme ist die übliche Schreibweise zu verwenden. (6 BE)<br />
3.2 Formulieren Sie einen Strukturformelausschnitt aus dem Molekül der Polymilchsäure<br />
<strong>und</strong> geben Sie die Stoffklasse an, zu der dieser Kunststoff gehört! (4 BE)<br />
3.3 Erläutern Sie ökologische Vorteile der Verwendung von Polymilchsäure! (4 BE)<br />
4. L-Ascorbinsäure ist ein weißer, kristalliner Feststoff. Ihr Schmelzpunkt liegt<br />
bei 190 – 192°C. Sie ist gut wasserlöslich, 33 g lösen sich in 100 g Wasser, löslich in<br />
polaren organischen Lösungsmitteln, aber nahezu unlöslich in unpolaren Lösungsmitteln.<br />
33
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Strukturformel der L-Ascorbinsäure:<br />
Endiolform Ketoform<br />
4.1 Begründen Sie das unterschiedliche Löseverhalten der Ascorbinsäure! (5 BE)<br />
4.2 Vitamin C wurde als L-Ascorbinsäure identifiziert. Die Endiolform protolysiert in zwei<br />
Stufen. Verwenden Sie zur Darstellung der Protolysestufen das Symbol AH2! (3 BE)<br />
4.3 Die L-Ascorbinsäure zeigt reduzierende Wirkung. Schlagen Sie ein Experiment vor, um<br />
diese reduzierende Wirkung zu überprüfen! (3 BE)<br />
Quelle: In Anlehnung an<br />
- Abitur-Prüfungsaufgaben mit Lösungen, Bayern 1998 <strong>und</strong> 1996<br />
- Stoff - Formel - Umwelt, Tausch / v. Wachtendonk, C.C. Buchners Verlag Bamberg 1993<br />
- das Vitamin-C-Projekt, Verlag Moritz Diesterweg <strong>und</strong> Verlag Sauerländer 1989<br />
34
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Erwartungshorizont<br />
Aufgabe erwartete Teilleistung AFB BE<br />
1.1<br />
2.<br />
3.1<br />
3.2<br />
3.3<br />
4.1<br />
4.2<br />
4.3<br />
Notieren der Beobachtungen<br />
Alanin leitet praktisch nicht<br />
Propansäure <strong>und</strong> Milchsäure sind leitfähig<br />
Alaninlösung: pH-Wert annähernd 7<br />
Propansäurelösung <strong>und</strong> Milchsäurelösung:<br />
pH-Wert annähernd 3<br />
Amphoterer Charakter, Protolysegleichgewicht der Aminosäuren<br />
Molekül Zwitterion<br />
Isoelektrischer Punkt: pH-Wert, an dem die Konzentration der<br />
Zwitterionen am größten ist<br />
Begriff „optische Aktivität“<br />
Beispiel der Milchsäure als Anwendung<br />
Schematische Darstellung der Glykolyse mit Brenztraubensäure<br />
(Pyruvat) als Endprodukt, Reduktion zur Milchsäure (Lactat)<br />
Schema der Strukturformel unter Beachtung der Coenzyme<br />
Ausschnitt der Strukturformel; Zuordnung als Ester<br />
Nachwachsende Rohstoffe werden zur Synthese eingesetzt<br />
Schonung der begrenzten Rohstoffvorräte<br />
Spaltung des Polyesters durch Hydrolyse<br />
Bildung biologisch abbaubarer Produkte<br />
Strukturbetrachtung der Ascorbinsäure<br />
Darstellung der zwei Protolysestufen<br />
z. B. Reaktion mit FEHLING’scher Lösung oder ammoniakalischer<br />
Silbernitratlösung mit den Beobachtungen<br />
35<br />
I/II<br />
I/II<br />
II<br />
III<br />
II<br />
I<br />
II<br />
II<br />
7<br />
3<br />
6<br />
4<br />
4<br />
5<br />
3<br />
3
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Aufgabenbeispiel für den Teil B IV<br />
Kursthema: „Waschmittel - Tenside“<br />
Unterrichtsbezug:<br />
Zu bearbeitende fachliche Inhalte sind u. a. Waschmittelinhaltsstoffe <strong>und</strong> ihre Bedeutung<br />
(13/1 oder 13/2); Redoxreaktionen (12/2, 13/1); Tenside aus nachwachsenden Rohstoffen<br />
(13/1 oder 13/2); Redoxtitration als quantitatives Untersuchungsverfahren (12/1, 12/2 oder<br />
13/1,13/2).<br />
Thema: Waschmittel<br />
Durchführung <strong>und</strong> Bearbeitung eines Schülerexperimentes<br />
1. Die Nachteile der Seife führten zur Entwicklung synthetischer Tenside. Seit einigen<br />
Jahren werden waschaktive Substanzen aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt.<br />
So kann durch Reaktion zwischen Saccharose mit Stearinsäure(Octadecansäure) ein<br />
solches Tensid gewonnen werden. Dabei reagiert die Octadecansäure mit der Hydroxylgruppe<br />
am Kohlenstoffatom Nr. 6 des Fructosebausteins der Saccharose.<br />
1.1 Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Herstellung des Tensids aus Saccharose<br />
(Strukturformel nach HAWORTH) <strong>und</strong> Octadecansäure! Bestimmen Sie die Reaktionsart!<br />
Strukturformel der Saccharose:<br />
H<br />
CH2OH O H<br />
CH2OH O<br />
H<br />
HO<br />
OH H<br />
O<br />
H HO<br />
CH2OH H OH<br />
OH<br />
H<br />
36<br />
(4 BE)<br />
1.2 Begründen Sie die Waschwirkung der Substanz aus 1.1 anhand der Strukturformel!<br />
(6 BE)<br />
2. Neben den Tensiden sind in einem Waschmittel u. a. auch Bleichmittel enthalten. Als<br />
Bleichmittel wird z. B. Natriumperborat (Na2H4B2O8) eingesetzt.<br />
2.1 Führen Sie folgendes Experiment aus:<br />
In ein Reagenzglas werden 5 ml Wasser, in ein zweites 5 ml eine Vollwaschmittellösung<br />
(w = 2%) <strong>und</strong> in ein drittes eine Colorwaschmittellösung<br />
(w = 2%) gegeben. Diese werden im Wasserbad ca. 5 Minuten auf eine Temperatur<br />
ϑ ≈ 50°C erhitzt. Anschließend werden die 3 Reagenzgläser jeweils mit einigen Tropfen<br />
verdünnter Schwefelsäure versetzt. Die Gemische sind auf Kaliumiodid-Stärke-<br />
Papier zu tropfen. Notieren Sie Ihre Beobachtungen! Werten Sie diese unter Einbeziehung<br />
von Reaktionsgleichungen aus! (16 BE)<br />
2.2 Der Gehalt an Perborat im Waschmittel kann durch Titration in schwefelsaurem Milieu<br />
mit einer Kaliumpermanganatlösung bestimmt werden.<br />
2.2.1 Entwickeln Sie ausgehend von Teilgleichungen die Reaktionsgleichung für diese Bestimmung!<br />
(3 BE)
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
2.2.2 Zur Bestimmung des Bleichmittelgehalts wurden 500 mg eines Waschmittels in Wasser<br />
gelöst, mit Schwefelsäure angesäuert <strong>und</strong> dann mit Kaliumpermanganatlösung der<br />
Konzentration c = 0,02 mol·l -1 titriert. Der Verbrauch an Maßlösung betrug 11,8 ml. Berechnen<br />
Sie in Prozent den Masseanteil des Natriumperborats im Waschmittel!<br />
Hinweis: Die Berechnungen müssen nachvollziehbar sein. (6 BE)<br />
Quelle: In Anlehnung an<br />
- Abiturprüfung 1997 Bayern Chemie als Leistungskursfach<br />
37
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Erwartungshorizont<br />
Aufgabe erwartete Teilleistung AFB BE<br />
1.1<br />
1.2<br />
2.1<br />
2.2.1<br />
Angabe der Reaktionsgleichung, Strukturformel des Tensids<br />
CH 2 OH<br />
H O H CH2OH O H<br />
HO<br />
OH H<br />
O H HO<br />
CH2 O C (CH2 ) 16<br />
CH3 H OH<br />
OH H<br />
O<br />
Reaktionsart: Substitution oder Dehydratisierung oder Veresterung<br />
lipophiler (hydrophober) Teil ist der Stearat-Rest, hydrophiler<br />
(lipophober) Teil durch die zahlreichen Hydroxylgruppen am Glucose-<br />
bzw. Fructose-Rest, Waschwirkung durch Herabsetzung der<br />
Oberflächenspannung sowie Anlagerung des lipophilen Teils an die<br />
Faser bzw. Schmutz ist die Benetzbarkeit gegeben, Schmutz kann in<br />
Micellräume eingeschlossen werden<br />
richtige experimentelle Durchführung<br />
Beobachtungsergebnisse: nur beim Vollwaschmittel bildet sich auf<br />
dem Kaliumiodid-Stärke-Papier ein blauer Fleck<br />
Auswertung: im Vollwaschmittel ist Natriumperborat vorhanden, das<br />
in Wasser Wasserstoffperoxid bildet, Wasserstoffperoxid wird bei<br />
der Reaktion mit den Iodid-Ionen des Kaliumiodid-Stärke-Papiers<br />
reduziert <strong>und</strong> die Iodid-Ionen zu Iod oxidiert, das mit Stärke unter<br />
Blaufärbung reagiert<br />
Reaktionsgleichungen: z. B.<br />
Natriumperborat + Wasser Wasserstoffperoxid + Natriumhydrogenborat<br />
Na2B2H4O8 + 2 H2O 2 H2O2 + 2 Na + + 2 H2BO3 – sowie für den<br />
Oxidations- , Reduktions- <strong>und</strong> Redoxvorgang<br />
2 I - I2 + 2 e –<br />
H2O2 + 2 H3O + + 2 e - 4 H2O<br />
2 I - + H2O2 + 2 H3O + I2 + 4 H2O<br />
Gleichungen für den Oxidations-, Reduktions- <strong>und</strong> Redoxvorgang<br />
z. B.<br />
H2O2 + 2 H2O O2 + 2 e - + 2 H3O + / . 5<br />
MnO4 - + 8 H3O + + 5 e - Mn 2+ + 12 H2O/ . 2<br />
5 H2O2 + 2 MnO4 - + 6 H3O + 5 O2 + 2 Mn 2+ + 14 H2O<br />
38<br />
I/II<br />
I<br />
I/II<br />
II<br />
4<br />
6<br />
16<br />
3
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
Aufgabe erwartete Teilleistung AFB BE<br />
2.2.2<br />
es gilt:<br />
n(<br />
H<br />
2<br />
O<br />
n(<br />
MnO<br />
n(<br />
H<br />
2<br />
)<br />
2<br />
−<br />
4 )<br />
O<br />
2<br />
=<br />
) =<br />
5<br />
2<br />
5,<br />
9⋅10<br />
−4<br />
mol<br />
d. h. m(Natriumperborat) = 0,12 g bzw. w(Natriumperborat) = 24%<br />
Formulierung eines sinnvollen Antwortsatzes<br />
39<br />
III<br />
6
<strong>Aufgabenbeispiele</strong> <strong>und</strong> <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise für zentrale schriftliche Abiturprüfungen<br />
Chemie<br />
2 <strong>Korrektur</strong>- <strong>und</strong> Bewertungshinweise<br />
Bei der <strong>Korrektur</strong> <strong>und</strong> Beurteilung der schriftlichen Abiturprüfung ist nach GOSTV § 27 <strong>und</strong><br />
EPA Chemie zu verfahren. Die <strong>Korrektur</strong>hinweise enthalten keine vollständigen Lösungen<br />
der Aufgaben.<br />
Die gesamten Bewertungseinheiten (BE) werden nur erteilt, wenn alle Teilschritte korrekt<br />
vollzogen wurden <strong>und</strong> alle Teillösungen vollständig sind. Eine Schülerantwort, die den Sachverhalt<br />
exakt widerspiegelt, wird auch dann als richtig gewertet, wenn sie von den Hinweisen<br />
im Erwartungshorizont abweicht.<br />
Werden dem Prüfling beim Experimentieren Hilfen gegeben, so sind diese im Protokoll zu<br />
vermerken <strong>und</strong> bei der Beurteilung der Leistung zu berücksichtigen.<br />
Die Note „ausreichend“ soll erteilt werden, wenn die Leistung zwar Mängel aufweist, aber<br />
im Ganzen den Anforderungen noch entspricht. Dies ist im Fach Chemie der Fall, wenn der<br />
Prüfling annähernd die Hälfte der zu erwartenden Gesamtleistung erbracht hat. Oberhalb<br />
<strong>und</strong> unterhalb dieser Schwelle sollen die Anteile der erwarteten Gesamtleistung den einzelnen<br />
Notenstufen jeweils ungefähr linear zugeordnet werden, um zu sichern, dass mit der<br />
Bewertung die gesamte Breite der Skala ausgeschöpft werden kann.<br />
Für die Erstellung der Gesamtnote bzw. der Notenpunkte ist folgende Zuordnungstabelle<br />
zugr<strong>und</strong>e zu legen:<br />
Bewertungseinheiten (Prozentpunkte)<br />
Note Punkte<br />
100 – 96 1+ 15<br />
95 – 91 1 14<br />
90 – 86 1- 13<br />
85 – 81 2+ 12<br />
80 – 76 2 11<br />
75 – 71 2- 10<br />
70 – 66 3+ 9<br />
65 – 61 3 8<br />
60 – 56 3- 7<br />
55 – 51 4+ 6<br />
50 – 46 4 5<br />
45 – 41 4- 4<br />
40 – 34 5+ 3<br />
33 – 27 5 2<br />
26 – 20 5- 1<br />
19 – 0 6 0<br />
Es ist zu beachten, dass ab 01.08.2005 die Neuregelung der deutschen Rechtschreibung<br />
gilt. In der Übergangszeit werden bei der <strong>Korrektur</strong> jene fehlerhaften Schreibweisen, die<br />
nach der alten Rechtschreibung korrekt waren, angestrichen, aber nicht als Fehler gezählt.<br />
40