Klausur Januar Winter 2016/2017 PDF

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Klausur Chemie 1 in den Studiengängen VT, EUT, BVT der TUHH Wintersemester 2017/18 19.2.2017 Hörsaal A 12-14 h

Name: Studiengang: Matrikelnummer:

Anzahl bestanden Testat in WS2017/2018:

_____

Praktikum bestanden in Wintersemester:

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Für das Praktikum freigestellt:

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Praktikum nicht bestanden/nicht durchgeführt:

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Das ist mein 3. Versuch:

ja / nein

Klausur Chemie 1 2017/8 19.2.2018 HS A 12-14.

Name

Matr.#

Iod I2 ist ein dunkelgrau glänzender Feststoff. Die erste Ionisierungsenergie von I in der Gasphase beträgt 1008,4 kJ/mol; die Verdampfungswärme ist 41,6 kJ/mol. Der Atomradius von I ist 140 pm, der VanderWaals-Radius 198 pm. Es sublimiert und hat einen Dampfdruck von 35 Pa (1 bar ist 1*105 Pa). Die Dichte beträgt 4,93 g·cm−3. 1. Welche Massenzahl hat I? (1P)

2. Welche Elektronkonfiguration hat I-?(1P)

127

[Kr] 5s2 4d10 5p6 oder [Xe]

3. Wieso reagiert atomares Cl ähnlich wie atomares I?(1P) Ähnliche Elektronenkonfiguration [Cl] s2 p5, Elektronegativität eher hoch. 4. Berechnen Sie die Konzentration von I2 im festen Iod.(2P) Dichte ist 4,93 g/mL d.h. 4930 g/L Ein mol wiegt 254 g d.h. 4930 g sind 19,4 mol in einem Liter. Iod ist eher unlöslich in Wasser; bis zu 0,29 g Iod pro Liter werden in Wasser unter Standardbedingungen und in der Summe über alle Verbindungen enthalten sein. Iod reagiert dabei mit Wasser entlang folgender Gleichung: I2 + 2 H2O  HIO + H3O+ + I- (HI ist eine starke Säure, HIO ist eine Säure in Wasser und hat einen pKs-Wert von 10,5. Das Redoxnormalpotential beträgt 1,44 V, Faraday’s Konstante F = 98465 C/mol (J/mol.V); Gaskonstante R = 8,31 J/mol.K) 5. Was sind in dem Kontext „Standardbedingungen“? (1P) Standardbedingungen sind 25°C und 1 bar Druck, evt. auch 20°C 6. Wie kann eine Säure als „stark“ definiert werden? (1P) Eine starke Säure dissoziiert zu „100%“ in Wasser, dabei gilt es zu entscheiden, wann 100% eine genügend genaue Beschreibung des Verhaltens einer Säure ist. 7. Zeigen Sie, dass das „Lösen“ von I2 in Wasser mit einem Redox-Prozess einhergeht.(1P) Ein Redox-Prozess geht mit einer Änderung der OxZ einher, diese sind in I2: 0, in HIO I(+1) und in HI I(-1). Eine Änderung ist gegeben. 8. Stellen Sie die entsprechenden Halbgleichungen auf, und benennen Sie Oxidation und Reduktionsreaktion von I2.(3P) Reduktion: I2 + 2 e-  2 I- () Oxidation: I2 + 2 H2O  2 HIO + 2H+ + 2e- oder I2 + 4 H2O  2 HIO + 2H3O+ + 2e-

Klausur Chemie 1 2017/8 19.2.2018 HS A 12-14.

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Matr.#

9. Definieren Sie das Massenwirkungsgesetz für das Lösen von I2 in Wasser.(1P) I2(fest) I2(wasser) 𝐾=

[𝐼2(𝑤𝑎𝑠𝑠𝑒𝑟) ] [𝐼2(𝑓𝑒𝑠𝑡)]

10. Berechnen Sie die Gleichgewichtskonstante für den Redoxprozess in Wasser (2Elektronenprozess) unter Standardbedingungen.(2P) ΔG = -nF ΔE = -2 * 98,4 * ΔE = -2*98,4 *(1,44) = -277,8 kJ/mol 11. Argumentieren Sie, dass die Summe der Molen Iod I in I2, HIO und I- in Wasser über festen I2 bei Standardbedingungen 0,00228 (mol I) pro Liter beträgt. (1P) Der I-Gehalt ist 0,29 g/ L, das sind =0,29/127 = 0,00228 mol/L 12. Berechnen Sie die Konzentrationen von HIO und I2 in Wasser wenn das System in Gleichgewicht ist (ggf. annehmen, dass K den Wert 1000 hat).(2P) ΔG = -RT lnK = -277,8 - K = exp(277800/298/8) = 5 1048 (oder ähnlich). Wenn K so groß ist, kann die Konzentration Edukte (I2) vernachlässigt werden: [HI]= [HIO]= 0,00228/2 = 0,00114 mol/L 13. Stellen Sie die Protolyse von Wasser durch die HIO-Säure in einer Gleichung dar. (1P) HIO + H2O   H3O+ + IO-

14. Zeigen Sie durch Berechnungen, dass der pH-Wert der Lösung ungefähr 3 ist. Berücksichtigen Sie dabei HIO und HI als Säure (nehmen Sie ggf. an, dass die Konzentration von I2 im Gleichgewicht ungefähr null ist).(4P) Der pH-Wert wird im Wesentlichen durch die starke Säure bestimmt. Der pH-Wert bei einer Konzentration von 0,00114 mol/L HI (starke Säure) ist -2,94. Für die schwache Säure gilt: HIO + H2O H3O+ + IO[𝐻3𝑂+ ][𝐼𝑂 −]

(0,00114 + 𝑥)(𝑥) = [𝐻𝐼𝑂] 0,00114 − 𝑥 -10.5 Auflösen gibt einen x-Wert von K = 10 , d.h. ungefähr kein Beitrag zum pH-Wert von der schwachen Säure. 𝐾𝑠 = 10−10,5 =

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15. Was würde mit der Gesamtmenge Iod in der wässrigen Lösung passieren, wenn etwas Natriumhydroxid zu Wasser mit einem I2-Bodensatz gegeben wird. Wieso?(1P) Es würde mehr Jod in Lösung gehen  die H3O+ -Konzentration nimmt ab, deswegen wird das gekoppelte Gleichgewicht (I2(fest) – I2(Wasser), I2 + 2H2O – H3O+ + HIO + I-) in Richtung der Produkte verschoben. 16. Wie würde sich die Konzentration von I2 in dem Bodensatz ändern? (1P) Diese ist konstant, solange sich die Dichte nicht ändert.

17. Stellen Sie ein Molekül-Orbital-Schema für das IO- (Hypoiodit-Anion) auf. Beschriften Sie alle MOs, und berücksichtigen Sie die Elektronegativitätsunterschiede.(2P) 2-atomiges Molekül bestehend aus p-Blockelemente: in Total 1 (Minus-Ladung) + 7 (I) + 6 (O) = 14 Valenz-Elektronen.

18. Zeichnen Sie die Elektronendichtefunktionen aller MOs.

1-σ: rechts)

1,2-π:

1-σ*:

2-σ:

(O überall

1,2-π*:

19. Auf welchem Atom befindet sich die negative Ladung? Wieso?(2P) Auf O: die meiste Elektronendichte befindet sich auf dem O Atom, insbesondere wegen des nicht „kompensierten“ 2σ-Orbitals...