Klausur zur Vorlesung Anorganische Chemie I 1. (4 Punkte) Nennen ...

Klausur zur Vorlesung Anorganische Chemie I
Kaiserslautern, 27. Oktober 2012
Die Klausur besteht aus 8 Fragen, für deren Bearbeitung 90 Minuten Zeit zur Verfügung stehen. Es können 60
Punkte erreicht werden, bis zu drei Bonuspunkte aus den Übungen kommen hinzu. Für das Bestehen der Klausur
sind 24 Punkte erforderlich. Zur Beantwortung der Fragen genügen Formeln, Zeichnungen, Reaktionsgleichungen
oder Stichpunkte. Bitte achten Sie darauf, dass Ihre Antworten in der durch die Nummerierung der Fragen
vorgegebenen Reihenfolge angeordnet sind. Dies wird Ihnen gelingen, wenn Sie für zunächst nicht geläufige
Antworten einige Zeilen freilassen.
Hinweis: Mit Ihrer Teilnahme an der Klausur versichern Sie zugleich, dass Sie prüfungsfähig sind. Im Falle
einer plötzlich während der Prüfung auftretenden Erkrankung sind Sie verpflichtet, das Aufsichtspersonal
umgehend zu informieren. Der Rücktritt von der Prüfung muss anschließend beim zuständigen Prüfungsausschuss
beantragt werden und ein ärztliches Attest - ausgestellt am Prüfungstag - ist unverzüglich nachzureichen.
Wird die Prüfung hingegen in Kenntnis einer gesundheitlichen Beeinträchtigung regulär beendet, kann im
Nachhinein kein Prüfungsrücktritt aufgrund von Krankheit beantragt werden.
1. (4 Punkte) Nennen Sie je ein Mineral für Lithium und Kalium mit Namen und Formel.
Beschreiben Sie die technische Herstellung von elementarem Natrium anhand einer
Reaktionsgleichung.
2 Na + H 2 ⇌ 2 NaH
3 CsOH + 2 O 3 ⇌ 2 CsO 3 + CsOH . H 2 O + ½ O 2
(Natriumverbindung durch Ionenaustausch an einer mit Na + beladenen Säule erhältlich).
2. (10 Punkte) Beschreiben Sie die Herstellung von Berylliumacetat (2) und die technische
Herstellung von Bortrifluorid aus Borax (4; zwei Reaktionsgleichungen).
Skizzieren Sie die Strukturen von Berylliumacetat (2) und von dem Zwischenprodukt der
Bortrifluorid-Synthese (2).
Geben Sie Stichworte zur chemischen Verwandtschaft zwischen den beiden Verbindungen an
(1).
4 BeO + 6 CH 3 COOH → [Be 4 O(OOCCH 3 ) 6 ] + 3 H 2 O
Na 2 B 4 O 7
.
10 H 2 O + 12 HF → Na 2 [O(BF 3 ) 4 ] + 16 H 2 O
Na 2 [O(BF 3 ) 4 ] + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 4 BF 3 + H 2 O

Be
BF 3
2-
Be
O
Be
Be
F 3 B
O
BF 3
BF 3
Links: [BeO(OOCCH 3 ) 6 ]; die gebogenen Linien bezeichnen verbrückende Acetat-Anionen,
die über ihre beiden O-Donor-Atome an jeweils zwei Be 2+ -Ionen gebunden sind.
Rechts: Das [O(BF 3 ) 4 ] 2- -Anion ist tetraedrisch von vier BF 3 -Liganden umgeben.
Beide Strukturen zeigen ein O 2- -Ion, das als zentrale Lewis-Base von vier Lewis-sauren
Liganden umgeben ist. Die vier nicht bindenden Elektronenpaare eines O 2- -Ions fungieren
jeweils als Donor gegenüber einem Atom mit einer Elektronenlücke. Beachten Sie bitte, dass
sowohl das Beryllium-Kation (mit vier O-Donor-Atomen) als auch die Boratome der
Bortrifluorid-Liganden jeweils ein Elektronenoktett erreichen.
3. (8 Punkte) Beschreiben Sie folgende Modifikationen des Kohlenstoffs:
Graphit (zwei Eigenschaften, Strukturskizze, 3 Punkte)
Graphen (drei Eigenschaften, Stichwort zur Struktur, 2 Punkte)
Aktivkohle (zwei Eigenschaften, Stichworte zu Herstellung und Verwendung, 2 Punkte)
Kohlenstofffasern (Stichwort zur Herstellung, eine Eigenschaft, 1 Punkt)
Graphit: Schwarz, weich, elektrisch leitfähig, hochschmelzend
In der hexagonalen Modifikation liegt die Schichtenfolge AB vor, die obere
Schicht ist fett gezeichnet.
Graphen: elektrisch leitfähig, extreme Festigkeit, äußerst niedrige Schichtdicke; Struktur:
Graphit-Monolagen
Aktivkohle: Guter Adsorber, porös, große innere Oberfläche, schwarz, Herstellung durch
Erhitzen von organischem Material, z. B. Schalen von Kokosnüssen, Verwendung zur
Reinigung von Abwasser.
Kohlenstofffasern: Herstellung durch Pyrolyse von organischen Polymerfasern, sehr zugfest.
4. (11 Punkte) Zeichnen Sie Valenzstrichformeln für Hydrazin, Diimin (3 Isomere) und
Stickstoffwasserstoffsäure (5 Punkte).

Geben Sie für ein Diimin-Isomer eine Reaktionsgleichung zur Herstellung an (2).
Beschreiben Sie die chemische Reaktivität von Diimin anhand einer Reaktionsgleichung (2).
Geben Sie ein Stichwort zur Verwendung von Diimin an (1).
Begründen Sie die hohe Reaktivität von Diimin (1).
H
H
N
N
H
H
H
N
Hydrazin Diimin: trans cis iso Stickstoffwasserstoffsäure
Reaktionsgleichungen zur Herstellung von trans-Diimin:
H 3 C
N
H
H
N
N
H
-
N
N+
H
H
H
+ -
N N N
O
O
S
100 - 120 °C
N NH 2
- MSO
M
2 Ar H N N H
M = Li, Na, K
Na + - OOC 2 H + , CH 2 Cl 2 , -78 °C
N N
N
COO - Na + H
H
N
H 2 N-NH 2
2.5 mbar, 2.45 GHz
- 2 H H N N H
Verwendung: Hydrierung von Mehrfachbindungen, Reduktionsmittel bei sehr tiefen
Temperaturen.
Begründung für hohe Reaktivität:
Bildung des sehr stabilen N 2 -Moleküls durch Abgabe von H 2 .
5. (8 Punkte) Geben Sie zwei Reaktionsgleichungen für die Herstellung von Siliciumnitrid an
(4).
Bezeichnen Sie die Klasse der Nitride, zu denen Siliciumnitrid gehört, mit einem Stichwort
und nennen Sie auch die beiden anderen Klassen von Nitriden anhand von Stichworten (1).
Geben Sie je ein Beispiel für die beiden anderen Klassen von Nitriden an (Name und Formel,
2 Punkte).
Nennen Sie ein Formelbeispiel und eine Eigenschaft für ein Nitrid, das als Bindeglied
zwischen zwei verschiedenen Klassen von Nitriden angesehen werden kann (1).
3 Si + 2 N 2 → Si 3 N 4
3 SiO 2 + 6 C + 2 N 2 → Si 3 N 4 + 6 CO
SiCl 4 + 6 NH 3 → 4 NH 4 Cl + Si(NH) 2
3 Si(NH) 2 → Si 3 N 4 + 2 NH 3 (900 – 1000 °C)
3 SiH 4 + 4 NH 3 → Si 3 N 4 + 12 H 2
(Abscheidung aus der Gasphase)
Si 3 N 4 : Kovalente Nitride; außerdem existieren ionische Nitride (z. B. Magnesiumnitrid,
Mg 3 N 2 ) und metallische Nitride (z. B. Titannitrid, TiN).

Bindeglieder zwischen ionischen und kovalenten Nitriden sind die grauen bis braunen
Halbleiter AlN, GaN und InN, die im Wurtzit-Typ kristallisieren.
6. (8 Punkte) Betrachten Sie typische Strukturen der Elemente Stickstoff, Phosphor und
Arsen. Suchen Sie nach Ähnlichkeiten und geben Sie stichwortartige Kommentare.
Berücksichtigen Sie dabei auch die Bedingungen (Druck, Temperatur) und lassen Sie sich von
folgender Frage leiten:
Unter welchen Bedingungen nimmt das leichtere (schwerere) Homologe die Struktur des
schwereren (leichteren) Homologen an?
Skizzieren Sie zwei unterschiedliche Strukturen des Phosphors, darunter eine, die auch beim
Arsen auftritt (4)
Unter hohem Druck tendieren die leichteren Homologen dazu, die Strukturen der schwereren
Homologen zu imitieren. So hat die Hochdruckmodifikation des Kohlenstoffs (Diamant) die
gleiche Struktur wie Silicium und Germanium. In der 15. Gruppe entspricht die
Hochdruckmodifikation des schwarzen Phosphors dem Strukturtyp des grauen Arsens.
Umgekehrt tendieren die schweren Homologen dann zu den Strukturtypen der leichten
Homologen, wenn bei niedrigem Druck die Temperatur erhöht wird. Beispiele sind P2 und
As2, die im Dampf von Phosphor und Arsen bei hohen Temperaturen vorkommen.
Tetraedrische Moleküle wie im weißen Phosphor
begegnen uns auch im gelben Arsen.
Die Struktur des grauen Arsens findet man auch bei der
Hochdruckmodifikation des schwarzen Phosphors.
Die P21-Wiederholungseinheit
des Hittorf´schen violetten
Phosphors und des faserigen Phosphors von gleicher Farbe besteht aus einem P8- und einem
P9-Käfig. Die Verknüpfung der aus vielen P21-Einheiten
bestehenden Röhren untereinander im Hittorf´schen violetten Phosphor zeigt die Abbildung.
Die gleichen Röhren sind im faserigen Phosphor nicht quer zueinander, sondern paarweise
parallel verknüpft.
7. (5 Punkte) Geben Sie eine Reaktionsgleichung zur Herstellung eines Oxidationsmittels an,
das stärker oxidierend wirkt als elementares Fluor.
Belegen Sie diese starke oxidierende Wirkung anhand einer Reaktionsgleichung.

Nennen Sie ein Reduktionsmittel, das stärker reduzierend wirkt als etwa elementares Caesium
(Name, Formel, 1 Punkt).
2 ClF 5 + 2 PtF 6 → [ClF 6 ] + [PtF 6 ] - + [ClF 4 ] + [PtF 6 ] -
BrF 5 + KrF + [AsF 6 ] - → [BrF 6 ] + [AsF 6 ] - + Kr
Die Kationen [ClF 6 ] + und [BrF 6 ] + sind die bislang einzigen Fluorverbindungen dieser
Halogene in der maximalen Oxidationsstufe. Versuche, aus diesen Ionen durch Umsetzung
mit Fluorid die neutralen Heptafluoride zu gewinnen, schlugen fehl:
[BrF 6 ] + + F - ↛ BrF 7 und [ClF 6 ] + + F - ↛ ClF 7 ;
statt dessen wurde das Fluorid oxidiert:
[BrF 6 ] + + F - → BrF 5 + F 2
[ClF 6 ] + + F - → ClF 5 + F 2
Damit sind [ClF 6 ] + und [BrF 6 ] + stärkere Oxidationsmittel als Fluor.
8. (6 Punkte) Skizzieren Sie die Struktur des Iodpentafluorid-Moleküls und berücksichtigen
Sie dabei alle Valenzelektronen am Iod (2).
Stellen Sie eine Molekülskizze eines Elementfluorids mit gleicher Zahl von Elektronenpaaren
am Zentralatom daneben, wobei dieses Zentralatom aus einer benachbarten Hauptgruppe des
Periodensystems stammen soll. (2)
Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung für die Umsetzung von Iodpentafluorid mit
Arsenpentafluorid (2).
IF 5 + AsF 5 → [IF 4 ] + [AsF 6 ] -