Klausur 1 Januar 2019, Fragen und Antworten PDF

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Die Altfragen bestehen aus mehreren Klausuren...

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ANORGANISCHE CHEMIE 1 – MÖSCH ZANETTI 1. Geben Sie folgenden Daten der Elemente der 1. Überganggsreihe an: Elementname, Elementsymbol, Elektronenkonfiguration im Grund & zweiwertigen Zustand Sc Sandium [Ar] 3d 4s2, Ti Titan [Ar] 3d2 4s2, V Vanadium [Ar] 3d3 4s2 Cr Chrom [Ar] 3d4 4s2 , Mn Mangan [Ar] 3d5 4s2, Fe Eisen [Ar] 3d6 4s2, Co Cobalt [Ar] 3d7 4s2, Ni Nickel [Ar] 3d8 4s2, Cu Kupfer [Ar] 3d9 4s2, Zn Zink [Ar] 3d10 4s2 2. Geben Sie folgenden Daten der Elemente der 2 Übergangsreihe an: Elementname, Elementsymbol, Elektronenkonfiguration im Grund & zweiwertigen Zustand Y Yttrium [Kr] 4d 5s2, Zr Zirconium [Kr] 4d2 5s2, Nb Niobium [Kr] 4d4 5s2, Mo Molybdän [Kr] 4d5 5s2, Tc Technetium [Kr] 4d6 5s2, Ru Ruthenium [Kr] 4d7 5s2, Rh Rhodium [Kr] 4d8 5s2, Pd Palladium [Kr] 4d10 5s2, Ag Silber [Kr] 4d10 5s2, Cd Cadmium [Kr] 4d10 5s2 3. Geben Sie folgende Daten der Elemente der 3.Übergangsreihe an: Elementname, Elementsymbol, Elektronenkonfiguration im Grund & zweiwertigen Zustand La Lanthan [Xe] 5d 6s2, Hf Hafnium [Xe] 4f14 5d2 6s2, Ta Tantal [Xe] 4f 14 5d3 6s2, W Wolfram [Xe] 4f14 5d4 6s2, Re Rhenium [Xe] 4f14 5d5 6s2, Os Osmium [Xe] 4f14 5d6 6s2, Ir Iridium [Xe] 4f14 5d7 6s2, Pt Platin [Xe] 4f 14 5d9 6s2, Au Gold [Xe] 4f14 5d10 6s2, Hg Quecksilber [Xe] 4f14 5d10 6s2 4. Interpretieren Sie den Verlauf der Atomradien der verschiedenen Übergangsreihen In allen 3 Übergangsreihen nehmen die Atomradien zuerst ab und steigen dann wieder leicht an. Die Radien der Elemente der 2. & 3. Reihe sind durch die Lanthanoiden – Kontraktion praktische gleich 5. Geben Sie die Elektronenkonfiguration der 2. & 3. Übergangsreihe an und erklären Sie die Unterschiede zwischen den beiden

Die 3. Übergangsreihe durch die Lanthanoide noch zusätzlich, voll besetztes f-Orbital (außer Lanthan). In der zweiten Übergangsreihe ist das 5s-Orbital oft unbesetzt, um die 4d-Orbitale möglichst früh halbvoll bzw. voll zu besetzen. In der 3.Übergangsreihe tritt dieses Phänomen erst bei der Vollbesetzung auf. 6. Geben Sie den Verlauf des edlen Charakters innerhalb der 11. & 12. Gruppe an. Wie ist dieser Verlauf in den Gruppen 1.& 2.? Erklärung 11. & 12. Gruppe: Metalle werden nach unten hin edler (durch Zef stärker gebunden, weil die Kernladung größer wird ) 1. & 2. Gruppe: Metalle werden nach unten hin unedler (außer Li  unedelstes, leicht reduzierbar, da die Elektronen weniger stark gebunden sind) 7. Was ist edler: Zn oder Ca? (Erklärung) Zn: unedler Charakter, wird als Korrosionsschutz (Verzinken von Eisen) Ca: gehört zu den unedelsten Metallen Ca unedler als Zn 8. Nennen Sie die wichtigsten Halogenide von Scandium? Wie stellt man diese her? ScF3 (in Wasser schwer löslich) und andere ScX3 (hygroskopisch und leicht löslich) Darstellung wasserfreier Halogenide erfolgt aus den Elementen selbst (Entwässerung der Hydrate oft nur im HX-Strom möglich) 9. Was ist die bevorzugte Koordinationszahl von Scandium? Skizzieren Sie zwei existierende Scandium-Verbindungen, die diese KZ aufweisen! Bevorzugte KZ 6 zB: [ScF6]3- oder [Sc(OH2)6]310. Die Verbindung ScCl2 ist ein metallischer Leiter, wie erklärt sich das? Alle Elemente der 3. Gruppe treten eigentlich nur als 3+ Ionen auf, aus diesem Grund ist ScCl2 eigentlich nicht die richtige Schreibweise, sondern Sc3+ [{Cl-)2e-]. Darum gibt es ein freies Elektron, das Strom leiten kann. 11. Geben Sie die Elektronenkonfiguration der Elemente der 4.Gruppe in elementarem sowie in dreiwertigen Zustand an Ti Titan [Ar] 3d2 4s2 [Ar] 3d1 4s0 Zr Zirkonium [Kr] 4d2 5s2 [Ar] 4d1 5s0 Hf Hafnium [Xe] 5d2 6s2 [Xe] 5d1 6s0 12. Ilmenit & Rutil sind zwei natürlich vorkommende titanhaltige Mineralien. Das eine ist schwarz, das andere ist weiß. Um welche Mineralien handelt es sich? Geben Sie eine Erklärung für den farblichen Unterschied an! Ilmenit: FeTiO3; etwas verzerrte, hexagonal dichteste Packung von O2- Ionen, die abwechselnd gegen Tu – und Fe Atome ausgetauscht sind; Ilmenit ist schwarz, weil es mit Eisen verunreinigt ist Rutil: TiO2; etwas verzerrte, hexagonale dichteste Packung  von O2- Ionen deren oktaedrische Lücken zur Hälfte mit Ti-Ionen gefüllt sind, sodass diese ihrerseits eine raumzentrierte, tetragonale Elementarzelle bilden  jedes Ti-Ion ist von 6 O-Ionen und jedes O-Ion von 3 Ti-Ionen umgeben, weiß

13. Erklären Sie die Unterschiede zwischen Rutil und Anatas und zeichnen Sie die jeweils die Strukuten! Rutil: TiO2; hexagonal dichteste Packung  oktaedrische Lücken zur Hälfte mit TiIonen gefüllt; jeder TiO6 -Oktaeder ist über 2 Kanten mit anderen TiO6 -Oktaedern verbunden Anatas: TiO2; kubisch dichteste Packung  oktaedrische Lücken zur Hälfte mit TIIonen gefüllt, jeder TiO6 -Oktaeder ist über 4 Kanten mit anderen TiO6 -Oktaedern verbunden 14. Die billigste Art elementares Titan zu erhalten, wäre die Reduktion eines geeigneten Salzes mit Kohlenstoff, Erklären Sie, warum dies nicht funktioniert. Beschreiben Sie detailliert die Darstellung von Titan ausgehend von Rutil nach dem Kroll-Prozess und anschließende Reindarstellung von Van-Arkel-de-Boer! Bei der Reduktion würde sich Titancarbid TiC bilden, bei Anwesenheit von Luft zusätzlich noch TiN Kroll Prozess: TiO2 + 2 C + 2 Cl2  TiCl4 + 2 CO Chlor wird über ein glühendes Gemenge von Koks & Titandioxid bei 700.1000°C geleitet TiCl4 + 2Mg  Ti + 2 MgCl2 Titanchlorid wird in einen auf 900-1000°C erhitzen Eisenbehälter geleitet, der unter He -oder Ar- Atmosphäre steht und auf dessen Boden sich ein Bad aus flüssigem Mg befindet. Das Titan sammelt sich als Titanschwamm (55-65% Ti) und Magnesiumchlorid sammelt sich am Boden, von wo es regelmäßig entfernt wird. Die Aufbereitung des Titanschwammes erfolgt durch 10%ige Salzsäure bzw. Königswasser oder durch Abdestillation im Vakuum. Van Arkel de Boer TiI4  Ti + 2 I2 In einem evakuierten, einer Wolframglühbirne sehr ähnlichem Gefäß wird eine Mischung aus pulverförmigen Ti und I auf 500°C erhitzt, wodurch sie TiI4 bildet, das verdampft und sich auf einem 1600°C heißen Wolframdraht zersetzt. Das titan scheidet sich am Wolfram in Form von eines Stabes ab, das freiwerdende Iod bildet mit dem Titanpulver wieder neues Iod. 15. Wie viel Titan wird pro Jahr ca. produziert? Was sind die wichtigsten Anwendungen? Weltjahresproduktion: 120 000 Tonnen Anwendung: Flugzeugbau, Schifsbau, Raketentechnik, Medizin (Prothesen), Schmuckindustrie 16. Notieren Sie die Reaktionsgleichung für die Nachweisreaktion von Wasserstoffperoxid mit TiCl4 TiCl4 + H2O  2 HCl+ TiO2+ + 2 CTiO2+ + H2O2 TiO2 + H2O 17. Welche strukturelle Modifikationen von Titandioxid kennen Sie? Wie heißen Sie? TiO2 Rutil und Anatas Ti2O3 Ditiantrioxid TiO Titanmonoxid (verzerrte NaCl- Struktur, metastabil) 18. Nennen Sie die Hauptanwendung von Titandioxid Als Farbstof (Weißpigment)

19. Titanoxid ist amphoter. Notieren Sie die Reaktion mit HNO3 und NaOH TiO2 + 4 HNO3  Ti(NO3)4 + 2 H2O TiO2 + 2 NaOH  Na2TiO3 + H2O 20. Erklären Sie in zwei Sätzen, was Sie unter einem Ziegel-Natta-Katalysator verstehen Sind homogene oder heterogene Mehrzentrenkatalysatoren, die vor allem für die Produktion von Polyprpylen verwendet werden. Verwendet werden Übergangsmetallverbindungen, hauptsächlich von Gruppe 4 bis 6, zB: TiCl4 21. Zirkon und Baddeleyit sind zwei natürlich vorkommenden Minerale von Zirkonium. Geben Sie die chemische Formel an Zirkonium: ZrSiO4 Baddeleyit: ZrO2 22. Zr und Hf kommen oft vergesellschaftet vor. Geben Sie hierfür eine Erklärung ab. Wie trennt man sie? Hafnium kommt nicht in Form selbstständiger Mineralien vor, sondern nur als Begleiter des Zr mit Gehalten von 1-5 M%. Hf4+ hat den gleichen Atomradius wie Zr4+ Die Trennung erfolgt durch Extraktionsverfahren, wobei die höhere Löslichkeit von Hafniumthiocyanat in organischen Phasen und die leichtere Adsorption von HfCl4 an Silicagel ausgenutzt wird, durch Ionenaustausch durch fraktionierte Destillation 23. Beschreiben Sie die Herstellung von Zirconium ausgehende von Baddeleyitl ZrO2 + 2 C + 2 Cl2  ZrCl4 + 2 CO ZrCl4 + 2 Mg  Zr + 2 MgCl2 Die technische Gewinnung von Zr erfolgt analog der von Ti, indem man ZrO2 durch Carbochlorierung in ZrCl4 überführt und dieses anschließend mit Mg in einer HeAtmosphäre bei erhöhter Temperatur zur Zirconiumpulver reduziert wird. Durch can Arkel de Boer ist noch eine Reinigung möglich. 24. Skizzieren Sie die Strukturen des wichtigsten Halogenids von Zirconium in der Gasphase bzw. als Feststoff ZrCl4 weißer, sublimierender Feststof Gasphase: monomer mit tetraedischer Struktur Feststof: kubisch dichteste Halogenidpackung, in der ¼ der oktaedrischen Lücke in der Weise von Zr-Ionen besetzt sind, dass Zick-Zack-Ketten von ZrCl4 – Oktaedern mit je 2 gemeinsamen, zueinander gauche – ständigen Kanten zustande kommen 25. Wie reagiert ZrCl4 in Wasser? Notieren Sie die Reaktionsgleichung. ZrCl4 + H2O  ZrOCl2 + 2 HCl Die wasserlösliche Hydrat ZrOCl2 * 8 H2O ist ein vielbenutztes Zirconiumsalz. Es lagert sich Wasser an diese Verbindung an, die im Endeffekt folgende Form hat: [Zr4(OH)8(H2O)18]8+ 26. Erklären Sie die Unterschiede zwischen Titan und Zirconium anhand konkreter Beispiele (inkl. Reaktionsgleichung) Bei Zr sind höhere Oxidationsstufen stabiler, bei Ti niedrigere Zr3+ löst sich nicht in Wasser, Ti3+ schon

Unterschiedlicher Radius  unterschiedliche Mineralien 27. Nennen Sie das wichtigste Oxid von Vanadium! In welchem großtechnischen Prozess wird es als Katalysator verwendet? V2O5 wird beim Kontaktverfahren zur Herstellung von Schwefelsäure eingesetzt 28. V2O5 weist amphotere Eigenschaften auf. Wie liegt es in stark alkalischer, wie in stark saurer Lösung und wie bei einem ph von 6 vor? Stark alkalischer: V2O5 + 6 OH-  2[VO4]3- + 3 H2O (farblos) ph 6: V2O5 + 3/2 O2  [V10O28]6- (orange) stark sauer: V2O5 + 2 H+  2 [VO2]+ + H2O (gelb) 29. Welche beiden binären Chloride von Vanadium kennen Sie? Wie werden sie hergestellt? Welche mononuklearen Verbindungen entstehen, wenn Sie in einem koodiniertem LM (zB Tetrahydrofuan) gelöst werden? VCl3 und VCl4, sie lassen sich aus den Elementen bei 300°C oder durch Disproportionierung von VCl4 zu VCl3 30. Lewisformel von Cr(IV)oxide, Dichromat und Chromat und Farben der Verbindung Chromat: CrO42- gelb Dichromat: Cr2O72- orange Cr(IV)oxid: CrO2 braun, schwarz 31. Halbzellenreaktion der sauren Dichromatlösung Cr2O72- + 14 H+ + 6 e-  2 Cr 3+ + 7 H2O 32. Stellen Sie Ferrochrom dar Ferrochrom ist eine Chromeisenlegierung, die direkt durch Chromeisensteinreduktion mit Koks hergestellt wird Chromeisenstein FeCr2O4, wird mit Koks und Quarz im elektrischen Ofen aus ungefähr 1700°C erhitzt, es entstehen Co und Chromeisencarbid (Fe,Cr)Cx, welches durch Einblasen von O2 im Sauerstoffkonverter in das flüssige Carbid entkohlt wird. 33. Was sind die häufigsten Oxidationsstufen der Elemente der 6.Gruppe? Führen Sie Beispiele an! +2 (nur beim Chrom), +3 (nur beim Chrom stabil), ü6 (bei allen drei oft vorhanden), 1,0,-1,.1 CrCl3, CrO3, MoO3 [M(CO)6] 34. Beschreiben Sie das Gleichgewicht zwischen Chromat und Dichromat (inkl. Reaktionsgleichung) Welche Farbe weisen die Ionen auf und warum? 2 CrO42- + 2 H+  Cr2O72- + H2O ph>8: praktisch nur Chromat 2...