Aufgabe 10

Aufgabe I:

1 Kommen Ammoniumsalze mit festem Natriumhydroxid in Berührung, entwickelt sich Ammoniakgas.
1.1 Formulieren Sie für diese Reaktion eine Reaktionsgleichung.
1.2 Außer durch den Geruch kann das Ammoniakgas mit einfachen chemischen Mitteln nachgewiesen werden.
Beschreiben Sie zwei Nachweisverfahren und formulieren Sie dazu je eine Reaktionsgleichung.

2 Zum Backen von Lebkuchen verwendet man Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) als Backtreibmittel. Die Backtemperatur beträgt 170 °C.
2.1 Erklären Sie anhand einer Reaktionsgleichung, weshalb Hirschhornsalz als Backtreibmittel eingesetzt werden kann.
2.2 Berechnen Sie das Gesamtvolumen der Reaktionsprodukte, wenn eine Stoffportion Hirschhornsalz der Masse m = 10 g eingesetzt wird. Bei der Backtemperatur beträgt das molare Volumen V_m = 32 l · mol^–1.

3.1 Ammoniakwasser mit c (NH₃) = 0,1 mol · l^–1 hat einen pH-Wert von 11.
In einem Reagenzglas werden zu dieser Ammoniaklösung einige Spatelspitzen festes Ammoniumchlorid zugegeben.
Geben Sie an, wie sich der pH-Wert dadurch ändert. Begründen Sie Ihre Aussage ausführlich.
3.2 Zu der in Teilaufgabe 3.1 entstandenen Lösung wird ein Tropfen verdünnter Salzsäure zugegeben. Der pH-Wert ändert sich nicht merklich. Auch die Zugabe eines Tropfens verdünnter Natronlauge bewirkt keine wesentliche Veränderung.
Erklären Sie diese Beobachtungen. Verwenden Sie dazu Reaktionsgleichungen.

4.1 Phenolphthalein hat einen pK_S-Wert von 9,5 und wird bei Säure-Base-Titrationen als Indikator verwendet.
Erklären Sie am Beispiel des Phenolphthaleins die Wirkungsweise eines Säure-Base-Indikators.
4.2 In einem Praktikum soll die Konzentration verdünnter Ammoniaklösung durch Titration mit Salzsäure bestimmt werden.
Begründen Sie, dass Phenolphthalein für diese Titration als Indikator nicht geeignet ist.

Aufgabe II:

1 Bei der Herstellung von Joghurt aus Milch wird das Disaccharid Milchzucker (Lactose) durch Bakterien zu Milchsäure (2-Hydroxypropansäure) abgebaut. In Lactose-Molekülen ist ein β-D-Galactosemolekül über das Kohlenstoffatom 1 glykosidisch mit dem Kohlenstoffatom 4 eines β-D-Glucosemoleküls verknüpft.
Das Galactosemolekül unterscheidet sich vom Glucosemolekül in der Stellung der Hydroxylgruppe am Kohlenstoffatom 4.
1.1 Zeichnen Sie die Strukturformel eines β-D-Galactosemoleküls und eines Lactosemoleküls in der HAWORTH-Schreibweise.
1.2 Beim bakteriellen Abbau wird Lactose zunächst hydrolysiert. Danach werden die Hydrolyseprodukte vollständig zu L-Milchsäure umgewandelt.
Formulieren Sie für beide Vorgänge eine Reaktionsgleichung.
Geben Sie für die entstehende L-Milchsäure die Strukturformel in FISCHER-Projektion an.
1.3 Um den Säuregehalt eines Joghurts zu bestimmen, wird eine Joghurtportion der Masse m = 20 g mit Wasser vermischt und mit V = 17,8 ml Natronlauge der Konzentration c = 0,1 mol · l^-1 bis zum Äquivalenzpunkt titriert.
Berechnen Sie den prozentualen Massenanteil w % der Milchsäure im Joghurt. Andere Säurebestandteile im Joghurt können dabei vernachlässigt werden.

2.1 Milch enthält neben den Kohlenhydraten auch Proteine, z. B. das Eiweiß Casein.
Geben Sie einen Strukturformelausschnitt aus einem Caseinmolekül an, der die Bausteine Cystein, Serin (2-Amino-3-hydroxypropansäure) und Glutaminsäure enthält. Der Serinbaustein ist zusätzlich über die Hydroxylgruppe mit Phosphorsäure verestert. Berücksichtigen Sie auch, dass bei einem pH-Wert der Milch von 6,7 die Säurereste als Anionen vorliegen.
2.2 Sinkt der pH-Wert infolge der bakteriellen Bildung von Milchsäure auf 4,7 so kommt es zu einer Zusammenballung von Caseinmolekülen und das Casein flockt aus. Erklären Sie diesen Vorgang.

3 Proteine können als Ausgangsstoffe zur Synthese von Tensiden eingesetzt werden. Die bei der Hydrolyse entstehenden Aminosäuren werden dazu in einer Kondensationsreaktion mit Fettsäuren umgesetzt. Anschließend wird mit Natronlauge neutralisiert.
3.1 Geben Sie für eine solche Tensidsynthese aus Alanin und Hexadecansäure die Reaktionsgleichungen unter Verwendung von Strukturformeln an.
3.2 Erklären Sie mithilfe beschrifteter Skizzen die emulgierende Wirkung dieses Tensids.

Aufgabe III:

Silber ist das meistgebrauchte Edelmetall. Um seine Härte zu steigern, wird es mit Kupfer legiert und unter anderem zu Münzen, Schmuck und Bestecken verarbeitet.
1 Eine Silbermünze mit der Masse m1 = 11,2 g soll auf ihren Gehalt an Silber und Kupfer untersucht werden. Dazu wird ein Stück der Münze mit der Masse m2 = 0,7 g in konzentrierter Salpetersäure aufgelöst. Bei dieser Reaktion entsteht neben den Metallnitraten unter anderem Stickstoffmonooxid, das an der Luft zu braunem Stickstoffdioxid weiterreagiert.
1.1 Formulieren Sie für die ablaufenden Vorgänge die Reaktionsgleichungen und zeigen Sie, dass es sich dabei um eine Redoxreaktion handelt.
Nennen und begründen Sie die für die Durchführung der Reaktion erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen.
1.2 Zur quantitativen Bestimmung der Silberionen wird die erhaltene Lösung zunächst mit Wasser verdünnt und anschließend mit einer Salzsäure der Konzentration c = 0,2 mol · l^–1 versetzt. Nach Zugabe von V (Salzsäure) = 20,3 ml ist der Endpunkt der Fällungsreaktion erreicht.
Geben Sie die Reaktionsgleichung für die Fällungsreaktion an.
Berechnen Sie die Masse m des in der Münze enthaltenen Silbers.

2 Ein versilberter Löffel, dessen Oberfläche mit einer schwarzen Silbersulfidschicht überzogen ist, kann gereinigt werden, indem man ihn in Aluminiumfolie wickelt und in eine Kochsalzlösung legt.
2.1 Geben Sie die Teilreaktionen an, die während dieses Reinigungsprozesses ablaufen.
2.2 Nach Abschluss des Reinigungsprozesses laufen weiterhin elektrochemsche Vorgänge an den Metalloberflächen ab.
Erklären Sie diesen Sachverhalt und formulieren Sie die zugehörigen Teilgleichungen.

3 Für ein Experiment werden V1 = 100 ml einer Silbernitratlösung der Konzentration c = 0,04 mol · l^–1 und V2 = 100 ml einer Kupfer(II)-nitratlösung der gleichen Konzentration gemischt und mit Salpetersäure angesäuert. Das Gemisch wird an Platinelektroden elektrolysiert.
3.1 Berechnen Sie die Abscheidungspotentiale für die Metallionen.
3.2 Berechnen Sie, von welcher Silberionenkonzentration an unter den gegebenen Versuchsbedingungen neben Silber auch Kupfer abgeschieden wird.

4 Silberschichten auf nichtmetallischen Unterlagen kann man durch Reaktion zwischen ammoniakalischer Silbersalzlösung und Methanal erzeugen.
Formulieren Sie hierzu eine Reaktionsgleichung.

Aufgabe IV:

1 UP-Harz-Lacke liefern qualitativ hochwertige Beschichtungen. Sie enthalten in Styrol gelöste ungesättigte Polyester (UP). Beim Aushärten reagieren die beiden Komponenten zum festen Lack.
1.1 Zeichnen Sie einen sinnvollen Ausschnitt aus der Strukturformel eines Polyestermoleküls, das aus den Monomeren Butendisäure und 1,4-Butan¬diol entstanden ist.
1.2 Erläutern Sie die Reaktion, die zwischen den Komponenten beim Aushärten abläuft.
Zeichnen Sie einen Ausschnitt aus der Strukturformel des ausgehärteten UP-Harz-Lackes.
1.3 Beschreiben Sie das Verhalten eines UP-Lackes, wenn eine Probe dieses Lackes im Reagenzglas allmählich erhitzt wird. Begründen Sie Ihre Aussage.

2 Zur Herstellung von Kunststoffen können jeweils zwei der folgenden Stoffe zur Reaktion gebracht werden: 1,3-Butadien, Decandisäure, Phenol, 1,6-Diaminohexan, 1,4-Benzoldiisocyanat, Methanal, wasserhaltiges Glycerin (Propantriol), Schwefel.
2.1 Nennen Sie aus den angegebenen Stoffen diejenigen, die
a) zur Herstellung einer reißfesten Faser,
b) zur Herstellung eines Hartschaums,
c) zur Herstellung von Gummi geeignet sind.
Zeichnen Sie für a, b und c die Strukturformeln der organischen Bau-steine.
2.2 Die Reißfestigkeit der Faser nach a kann durch ein mechanisches Verfahren stark erhöht werden.
Zeichnen Sie einen Strukturformelausschnitt mit bindenden und nicht bindenden Elektronenpaaren.
Beschreiben Sie das Verfahren und erklären Sie, welche Vorgänge im molekularen Bereich die Reißfestigkeit erhöhen.

3 Alle Kunststoffe zersetzen sich bei genügend hohen Temperaturen. Dabei entstehen Gemische flüchtiger Stoffe, die üblicherweise mit einem Gaschromatografen getrennt werden.
Fertigen Sie eine beschriftete Skizze des Aufbaus eines Gaschromatografen an.
Erklären Sie das Prinzip der gaschromatografischen Trennung.
Beschreiben Sie, wie die getrennten Stoffe identifiziert werden können.

4 Beschreiben Sie einen experimentellen Nachweis, mit dem festgestellt werden kann, ob am Aufbau eines Kunststoffs Chlor beteiligt ist.

Lösung(BW98)