musterloesung_klausur_220110.pdf

Klausur zum Modul AC I
„Allgemeine und Analytische Chemie “
WS 09/10 (23120 u. 23121)
1.) Geben Sie für die Hauptgruppenelemente mit den folgenden Elementsymbolen jeweils den
Namen sowie die Perioden- und Hauptgruppennummer an! Kennzeichnen Sie, bei welchen
dieser Elemente es sich um Metalle handelt bzw. welche gasförmig vorliegen! (9P)
a) Ca, b) Se, c) P, d) Ar, e) Al
Ca Calcium 0.5P 4. Periode 0.5P 2. HG 0.5P Metall 0.5P
Se Selen 0.5P 4. Periode 0.5P 6. HG 0.5P
P Phosphor 0.5P 3. Periode 0.5P 5. HG 0.5P
Ar Argon 0.5P 3. Periode 0.5P 8. HG 0.5P Gas 0.5P
Al Aluminium 0.5P 3. Periode 0.5P 3. HG 0.5P Metall 0.5P
2.) Leiten Sie aus den gegebenen Ionenradien für die Ionenverbindungen a) und b) der
allgemeinen Formel AB ab, I.) welche Koordinationszahlen für die Kationen und Anionen
und II.) welche Koordinationspolyeder (Skizze) für die Kationen realisiert werden! Benennen
Sie den AB-Gittertyp für b) und skizzieren Sie das entsprechende Bravaisgitter! (9P)
a) rA+ = 102 ; rB- = 181 und b) rA2+ = 74 ; rB2- = 184
I)
a) rA+/rb- = 0,56 KZ = 6 1P Oktaeder 1P 1P
b) rA2+/rb2- = 0,402 KZ = 4 1P Tetraeder 1P 1P
1

II)
Zinkblende-Typ 1P
2P
3.) Skizzieren und beschreiben Sie stichpunktartig die Molekülgeometrie von folgenden
Verbindungen! (10P)
a) Schwefelsäure, b) Ammoniak, c) Xenondifluorid, d) Kohlendioxid, e) Siliciumtetrachlorid
a)
1P
O
H
b) 1P
c)
1P
H
O
S
O
O
H
N
H
H
O
H
H
H
O
S
O
N
O
H
H
tetraedrisch 1P
MG = trigonal pyramidal 1P
(tetraedrisch mit freiem E-paar)
MG = linear 1P
d) O=C=O 1P linear 1P
e)
Cl
Cl
Si
F
Xe
F
Cl
Cl
1P
(trigonal bipyramidal mit freien E-paaren)
tetraedrisch 1P
2

4.) Definieren Sie den Begriff „Bindigkeit“! Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen
Angeregter Zustand und Bindigkeit für Kohlenstoff und Stickstoff am Beispiel von Methan
und Ammoniak! (5P)
Bindigkeit: Zahl der kovalenten Bindungen, die von einem bestimmten Atom ausgehen. 1P
CH4 3P
Grundzustand Kohlenstoff: 2s2 2p2 → |CH2
(wäre zweibindig auf Grund von 2 ungepaarten Elektronen)
Angeregter Kohlenstoff: 2s1 2px1 2py1 2pz1 → CH4
(4-bindig durch 4 ungepaarte Elektronen)
Der Übergang vom Grundzustand in Angeregten Zustand erfolgt durch geringen
Energieaufwand (Promotionsenergie). Hierbei besetzt eines der beiden 2s-Elektronen das bis
dahin leere 2pz-Orbital.
NH3 1P
N: 2s2 2p3 →px py pz sind einzeln besetzt, dadurch N 3-bindig
5.) Ein Molekül der allgemeinen Formel XF3 (X = Hauptgruppenelement) besitzt eine trigonal
pyramidale Struktur. Zu welcher Hauptgruppe gehört das Element X? Wäre XF3 planar, in
welcher Hauptgruppe würde X dann zu finden sein? Begründen Sie ihre Antwort kurz! (4P)
trigonal pyramidal X = 5. HG freies E-paar
trigonal planar X = 3. HG kein freies E-Paar
6.) Zeichnen Sie die Lewisformeln folgender Verbindungen/Ionen einschließlich der freien
Elektronenpaare des Zentralatoms! Geben Sie die Oxidationszahlen aller Elemente in den
Verbindungen/Ionen an! (10P)
a) Brompentafluorid, b) Phosphorsäure, c) Carbonat-Anion, d) Ammonium-Kation, e)
Tetrathionat-Anion
3

a)
-1 F
b)
-1 -1
F F
Br
+5
F
-1
-2
O
-2
OH +1
+5
P
+1HO
-2
-2
OH
+1
c)
-2
O
+4 C
d)
O
-2
O -2
F -1
2-
+1 H
-3
N
H +1
+1 H
H +1
e)
-2
-2
O S +5
S
O 0
-2
0
S
-2
O
S O -2
+5
O
-2
LF = 1P
OZ = 1P
LF = 1P
OZ = 1P
LF = 1P
OZ = 1P
LF = 1P
OZ = 1P
LF = 1P
OZ = 1P
7.) Definieren Sie den Begriff „Äquivalenzpunkt“! Skizzieren Sie die Titrationskurve für die
Titration von Essigsäure mit Natriumhydroxid! Kennzeichnen Sie, wo sich der Äquivalenz-
punkt befindet und begründen Sie Ihre Entscheidung anhand von Reaktionsgleichungen! (7P)
Äquivalenzpunkt: Punkt, an dem pH-Wert am stärksten zunimmt
bestimmter kleiner OH - -Zusatz bewirkt größte relative Änderung der
H3O + -Ionenkonzentration
Stoffmenge Lauge = Stoffmenge Säure, Titrationsgrad = 1
2P
4

CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O
CH3COONa → CH3COO - + Na +
CH3COO - + H2O → CH3COOH + OH -
8.) Warum reagiert Ammoniak mit Bortrifluorid? Formulieren Sie die Reaktionsgleichung!
Was ist eine „Formale Ladung“? (4P)
NH3 + BF3 → H3N-BF3 1P
N−B ist eine dative Bindung, die bindenden Elektronen
werden beide von einem Atom geliefert (N) 1P, Bor liefert freies Orbital 1P
Formale Ladung: Differenz aus Anzahl der Valenzelektronen, die das Element besitzt und
Anzahl an Valenzelektronen, die dem Element nach homolytischer Spaltung der
Atombindungen zukommen. 1P
3P
2P
5

9.) Was geschieht im Hinblick auf den pH-Wert (basisch/sauer/neutral), wenn die folgenden
Stoffe in Wasser gelöst werden? Begründen Sie Ihre Entscheidung anhand von
Reaktionsgleichungen! (8P)
a) Kochsalz, b) Ammoniak, c) Natriumcarbonat, d) Ammoniumchlorid
NaCl + H2O → hydratisierte Ionen
NH3 + H2O → NH4 + + OH -
Na2CO3 + H2O → 2 Na + + CO3 2-
CO3 2- + H2O → HCO3 - + OH -
NH4Cl + H2O → NH4 + + Cl -
NH4 + + H2O → NH3 + H3O +
1P neutral 1P
1P basisch 1P
1P basisch 1P
1P sauer 1P
10.) Was ist eine Standardwasserstoffelektrode? Beschreiben Sie kurz deren Aufbau und
Verwendung? (4P)
Potential eines einzelnen Redoxpaares kann experimentell nicht bestimmt werden.
Bezugsredoxsystem = SHE
Standardpotential einer Wasserstoffelektrode wird willkürlich null gesetzt.
Standardwasserstoffelektrode (SHE)
- platinierte Platinelektrode
- Wasserstoffgas mit 1 atm (1,013 bar)
- 1 M HCl
6

Zusatzfrage: Was versteht man unter einem (4,2)- bzw. (6,1)-Spinell? Skizzieren Sie das
Verknüpfungsmuster von zwei unterschiedlich besetzten Kugelpackungen der O 2- -Ionen eines
Spinells! (4P)
O 2- 4 = 8 negative Ladungen
Kombinationen der Kationen (Ausgleich von 8 negativen Ladungen):
A 4+ + 2B 2+ = (4,2) 1P A 6+ + 2B + = (6,1) 1P
2P
7