Abiturprüfung 2005 (Bayern)

Chemie

als Leistungskursfach

Aufgabe I

  1 Wasserstoffperoxid wird zum Bleichen von Papier eingesetzt und belastet im Abwasser die Umwelt.
Die Konzentration von Wasserstoffperoxid in einer Abwasserprobe soll fotometrisch bestimmt werden. Hierzu wird eine mit Schwefelsäure versetzte Kaliumpermanganat-Lösung (c(MnO4-) = l,00.10-3 mol/l) verwendet, die unter den Messbedingungen eine Extinktion von E0 = 0,07 aufweist. Permanganat-Ionen oxidieren in saurer Lösung Wasserstoffperoxid quantitativ zu Sauerstoff.
100 ml dieser angesäuerten Kaliumpermanganat-Lösung werden mit 10 ml der Abwasserprobe versetzt. Die Extinktion der so erhaltenen Lösung beträgt unter den gleichen Messbedingungen E1 = 0,04.		  
1.1 Beschreiben Sie das Funktionsprinzip eines Fotometers! 4 BE
1.2 Formulieren Sie für die oben beschriebene Reaktion von Wasserstoffperoxid mit Permanganat-Ionen die Redoxgleichung! 4 BE
1.3 Ermitteln Sie die Konzentration der Permanganat-Ionen in der Lösung nach Zugabe der Abwasserprobe! 2 BE
1.4 In einem zweiten Versuch werden wiederum 100 ml einer mit Schwefelsäure versetzten Kaliumpermanganat-Lösung der Konzentration c(MnO4-) = l,00.10-3 mol/l mit 10 ml Abwasserprobe versetzt. Nach Zugabe der Abwasserprobe ergibt die fotometrische Bestimmung der Konzentration der Permanganat-Ionen in der entstandenen Lösung den Wert 4,40.10-4 mol/l. Berechnen Sie die Wasserstoffperoxid-Konzentration dieser Abwasserprobe!
Der Gang der Berechnung muss klar ersichtlich sein.
 5 BE




   2 Die Energieänderungen, die bei der Spaltung von Bindungen auftreten, geben wichtige Hinweise auf den Verlauf mehrschrittiger Reaktionen.
Die folgende Aufstellung gibt eine Reihe derartiger Bindungsdissoziationsenergien an:
H3C-H H3C. + .Cl +440 kJ/mol
H3C-Cl H3C. + .Cl +356 kJ/mol
Cl-Cl Cl. + .Cl +243 kJ/mol
H-Cl H. + .Cl +431 kJ/mol
H-H H. + .H +435 kJ/mol
H3C-CH3 H3C. + .CH3 +377 kJ/mol
 
  2.1 Beschreiben Sie mit Strukturformelgleichungen den Mechanismus der lichtinduzierten Synthese von Chlormethan aus Chlor und Methan bei Raumtemperatur! 4 BE
  2.2 Erstellen Sie mit Hilfe der angegebenen Energiewerte ein beschriftetes Energiediagramm für die Kettenfortpflanzungsschritte dieser Reaktion!
Leiten Sie daraus die Energieänderung für die Einzelschritte sowie die Gesamtenergieänderung der Kettenfortpflanzungsschritte ab!		 5 BE
  2.3 Als Hypothese können für die lichtinduzierte Chlorierung von Methan bei Raumtemperatur folgende Kettenfortpflanzungsschritte formuliert werden:

(1) Cl. + CH4 CH3Cl + H.

(2) H. + Cl2 HCl + .Cl

Berechnen Sie mit Hilfe der oben angegebenen Energiewerte die jeweilige Energieänderung für diese beiden Reaktionsschritte und erläutern Sie auf dieser Grundlage, ob der hypothetische Mechanismus eine Alternative zu dem unter Nummer 2.l formulierten Mechanismus sein könnte!

 5 BE
  2.4 Die Bromierung von Methylpropan führt zu isomeren Monobrornprodukten.
Erklären Sie unter Mitverwendung von Strukturformeln die Abweichungen vom statistisch zu erwartenden Stoffinengenverhältnis der Isomeren!		 3 BE


   3 Hefepilze können aus Glucose sowohl unter aeroben als auch anaeroben Bedingungen Energie freisetzen.
In einem Experiment werden Hefepilze in einer frisch bereiteten Glucoselösung suspendiert. Anschließend wird diese in ein dicht schließendes Gefäß mit Druckausgleichsmöglichkeit eingebracht. In bestimmten Zeitintervallen werden Proben entnommen und auf ihren Gehalt an Glucose und Ethanol untersucht. Dabei wird Folgendes festgestellt:
Zunächst nimmt die Glucosekonzentration nur sehr langsam ab, Ethanol ist während dieser Phase nicht nachweisbar. Nach einiger Zeit verringert sich der Glucosegehalt der Lösung sehr rasch. Ab diesem Zeitpunkt nimmt auch die Ethanolkonzentration rasch zu.		  
  3.1 Erklären Sie die beschriebenen Beobachtungen unter Mitverwendung geeigneter Reaktionsgleichungen! 7 BE 
  3.2 In einem Parallelversuch wird der Ansatz mit Bleiacetat-Lösung versetzt.
Erklären Sie die Auswirkung dieser Maßnahme auf den zeitlichen Verlauf des Glucosegehalts der Suspension!		 3 BE
  3.3 Hefezellen verarbeiten Glucose im Rahmen der Glykolyse zu Brenztraubensäure (Pyruvat).  
  3.3.1 Erklären Sie, weshalb dieser Stoff nicht das Endprodukt des Glucoseabbaus sein kann! Formulieren Sie den unter anaeroben Bedingungen auf die Glykolyse folgenden Reaktionsweg! Für Coenzyme ist die übliche Kurzschreibweise zu verwenden. 4 BE
  3.3.2 Neben Glucose kann auch Glycerin im Energiestoffwechsel verwendet werden.
Schlagen Sie unter Mitverwendung von Strukturformelgleichungen einen möglichen Reaktionsweg vor, um Glycerin in ein Zwischenprodukt der Glykolyse umzuwandeln, bei dessen Umbau zur Brenztraubensäure Energie freigesetzt wird! Für Coenzyme ist die übliche Kurzschreibweise zu verwenden.		 4 BE
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