meckpomm-abi2014-chemie-aufgaben.pdf
Dieses Dokument ist Teil der Anfrage „Abitur-Aufgaben im Fach Chemie im Jahr 2014 in Mecklenburg-Vorpommern“
Diese Anfrage wurde als Teil der Kampagne „Frag sie Abi!“ gestellt.
Mecklenburg-Vorpommern Zentralabitur 2014 Chemie Aufgaben
Abitur 2014 Chemie Seite 2 Hinweise für die Schülerinnen und Schüler Aufgabenauswahl: Von den zwei Aufgabenblöcken I und II ist nur einer zu bearbei- ten. Teil A des gewählten Aufgabenblockes bearbeiten alle Schülerin- nen und Schüler. Teil B wird nur von den Prüflingen bearbeitet, die auf erhöhtem Anforderungsniveau geprüft werden. Bearbeitungszeit Die Arbeitszeit für den Teil A beträgt 240 Minuten. Die Arbeitszeit für die Teile A und B beträgt 300 Minuten. Zusätzlich stehen allen Schülerinnen und Schülern 30 Minuten für die Wahl des Aufgabenblockes zur Verfügung. Hilfsmittel: - an der Schule zugelassenes Tafelwerk - an der Schule verwendeter Taschenrechner - Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung Schülerinnen und Schüler, deren Muttersprache nicht die deut- sche Sprache ist, können als zusätzliches Hilfsmittel ein zweispra- chiges Wörterbuch in gedruckter Form verwenden. Näheres regelt die Schule. Sonstiges: Die chemische Zeichensprache und die chemischen Gesetzmä- ßigkeiten sind in angemessener Form anzuwenden, auch wenn es die Aufgabenstellung nicht unmittelbar fordert. Die Lösungen sind in sprachlich einwandfreier Form darzustellen. Für Berechnungen sind die Tabellenwerte des Anhangs zu nut- zen. Der Lösungsweg muss erkennbar sein. Die Ergebnisse der Berechnungen sind in einem sinnvollen Ant· wortsatz zu formulieren. Entwürfe können ergänzend zur Bewertung nur herangezogen werden, wenn sie zusammenhängend konzipiert sind und die Reinschrift etwa drei Viertel des erkennbar angestrebten Gesamt- umfanges entspricht. Bewertung: Für den Teil A werden 40 Bewertungseinheiten, für Teil B 20 Bewertungseinheiten vergeben.
Abitur 2014 Seite 3 Chemie Block I Teil A Aufgabe Bewertungseinheiten 1 21 2 19 Aufgabe Bewertungseinheiten 3 20 Aufgabe Bewertungseinheiten 1 18 2 22 Aufgabe Bewertungseinheiten 3 20 Block I Teil B Block II Teil A Block II Teil B
Abitur 2014 Chemie Seite 4 Block I Text zum Teil A und 8 s I0 15 Höhlenchemie Wer lässt sich nicht gern tief unter der Erde in Höhlen von Gebilden verzaubern, die Phantasien offen lassen? Von der Höhlendecke wachsen lange "Zapfen" herunter, die man Stalaktiten nennt, auf Stalagmiten zu, die sich vom Boden her auftürmen. Treffen sie aufeinander, nennt man sie Stalagnate. Die Entstehung solcher Gebilde ist denkbar einfach: Der Niederschlag nimmt aus der Atmosphäre Kohlenstoffdioxid auf und versickert im Boden. Durch dieses kohlensäure- haltige Wasser, das auch organische Säuren aus dem Boden mitnimmt, kann Kalkstein (Calciumcarbonat) gelöst werden. Trifft es nun auf einen Hohlraum, verliert es an Fließgeschwindigkeit und bildet auf Grund der Oberflächenspannung Tropfen. Dabei gibt es Kohlenstoffdioxid ab, was zur Ausfällung von Kalkstein führt. Die auf den Boden auftreffenden Tropfen enthalten noch etwas Kalk, das durch Freisetzen von Kohlenstoffdioxid wiederum ausfällt. Vereinfacht kann der Prozess durch folgende Gleichung wiedergegeben werden: 20 25 30 35 40 50 Solche Gebilde wachsen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, man schätzt etwa 8 -15 mm in 100 Jahren. Die chemische Zusammensetzung der Kristallgebilde ist jedoch in verschiedenen Höh- len unterschiedlich. So verfügt z. B. die Kristallgrotte in der Marienglashütte von Friedrichroda im Harz über Selenitkristalle. Der Name Selenit geht auf den schwedi- schen Chemiker J.G. Wallerius zurück, der ihn synonym für transparenten Gips (CaS04) verwendete. Das Wort leitet sich von der Mondgöttin Selene ab. Den größten natürlich gewachsenen Selenitkristall entdeckten vor einiger Zeit italieni- sche Höhlenforscher in der Mine von Naica in Nordmexico. Er ist ca. 14m lang und bis zu 50 Tonnen schwer. So interessant, wie die Chemie der Kristalle ist auch die Entwicklung der Höhlenlichter, denn ohne ein "Geleucht" kann man diesen Zauber nicht genießen. Ein deutsches Sprichwort lautet: "Ein Bergmann ohne Licht ist ein armer Wicht". Die erste Lichtquelle war der Kienspan. ln der Antike wurden tönerne Froschlampen als Öllampen genutzt. Diese füllte man mit Talg oder Rüböl. Die neueren Lampen waren aus Eisen oder Messing, jedoch immer noch offene Lam- pen, die man anhängte, oder auf dem Kopf trug. Im 19. Jahrhundert haben sich dann Gaslampen oder Kerosinlampen durchgesetzt. Besonders erfolgreich war die Karbid- lampe, die ein helleres Licht ergab. Der Körper der Lampe besteht aus zwei übereinan- der angeordneten Behältern. Im unteren Behälter der Lampe befindet sich Calciumcar- bid, auf das aus dem oberen Behälter Wasser tropft. Die neueren Lampen werden mit Nickel-Cadmium- Akkumulatoren betrieben. Roh- Nickel wird durch Elektrolyse aus wässrigen Nickel(ll)- Lösungen gewonnen. Diese enthält unter anderem noch Spuren von Kupfer, Eisen und Zink. Um elektrolytisch reines Nickel herzustellen wird eine Raffination vorgenommen.
Abitur 2014 Seite 5 Chemie Material zu den Aufgaben + KOH ub. f.ltholyt) Cd NiO(OH} Stahlb«-her f /-4 1U'L_... L,..(.; ~ ..... ~"*"'~.., t.:H<J.;th"">~,::~~' :t"1i ", ~· ... \,.,. ~· , ' '"" -"""'- t Abbildung 1 Bildquellen: nickel-cadmium-akku.jimdo.com; de.wikipedia.org Elektrode Elektrode 1 Elektrode 2 Akkumulator im geladenen Zu- stand Cd NiO(OH) Tabelle 1 Höhle in Campanet auf Mallorca (Bildquelle privat) Akkumulator im ungelade- nen Zustand Cd(OH)z Ni(OH)z
Abitur 2014 Chemie Aufgabenblock I Seite 6 Teil A 1.1 Erläutern Sie die chemische Bindung in den Stoffen Calcium, Kohlenstoffdi- oxid und Calciumcarbonat! Leiten Sie für die drei oben genannten Stoffe aus der Struktur je zwei Eigenschaften ab! 1.2 Formulieren Sie das Massenwirkungsgesetz für die im Text genannte Reak- tion (I) zur Bildung der Tropfsteine! Nennen und begründen Sie zwei Bedingungen, die das Ausfällen von Kalk begünstigen! 1.3 Berechnen Sie das Volumen des freigesetzten Kohlenstoffdioxids, wenn im Gleichgewicht Calciumhydrogencarbonat (c 0,1 mol · r\ 1 Calciumcarbonat und Wasser (jeweils c 1 mol · r ) vorliegen! 2 Hinweis: Das Gesamtvolumen beträgt 1 Liter und (Kc = 3 mof · f )! = = 1.4 Entwickeln Sie die Reaktionsgleichung für das Löslichkeitsgleichgewicht des Calciumcarbonats! Berechnen Sie das Volumen von reinem Wasser bei 25 oc, das benötigt wird, um 2 g Calciumcarbonat vollständig zu lösen. 1 .5 Experiment: Ihnen sind zwei weiße, kristalline Stoffe gegeben. Es handelt sich dabei um Calciumcarbonat und Calciumsulfat. Identifizieren Sie nur mit Hilfe eines Indikators die beiden Salze! Protokollieren Sie! 2.1 Bestimmen Sie für die im Text genannte Reaktion (II) zur Bildung von Ethin die Reaktionsart! Berechnen Sie die Masse des Calciumcarbids, die notwendig ist, um 35 Liter Ethin herzustellen! 2.2 Berechnen Sie für die vollständige Verbrennung von Ethin die molare Reak- tionsenthalpie und die molare Volumenarbeit! Erläutern Sie an diesem Beispiel den 1. Hauptsatz der Thermodynamik unter Verwendung einer Grafik! Hinweis: Standardbedingungen! 2.3 Diskutieren Sie den Einsatz von Carbidlampen als Lichtquelle! 2.4 Erläutern Sie am Beispiel der Reaktion von Hydrogencarbonat mit Wasser die Säure- Base-Theorie nach Brönsted! Berechnen Sie die Konzentration einer Hydrogencarbonat- Lösung mit einem pH- Wert von 8,5!
Abitur 2014 Seite 7 Chemie Aufgabenblock I Teil 8 2 3 3.1 Entwickeln Sie für Ni + und Ni + Ionen die Elektronenkonfigurationen! Treffen Sie eine Aussage zur Stabilität dieser Ionen und begründen Sie diese! 3.2 Erläutern Sie die beim Entladen und Laden an den Elektroden ablaufen- den Vorgänge im Nickel-Cadmium-Akkumulator! Für das sich an der Cadmium-Elektrode einstellende elektrochemische 2 Gleichgewicht wird ein Elektrodenpotential von E(Cd/Cd +) = - 0,88 V ge- messen. Berechnen Sie das Elektrodenpotential der anderen Elektrode, wenn die Zellspannung 1 , 2 V beträgt! Werten Sie den Einsatz dieses Akkumulators aus ökologischer Sicht! 3.3 Skizzieren und beschriften Sie die Elektrolysezelle zur Raffination des Roh- Nickels! Beschreiben und begründen Sie die Vorgänge in dieser Zelle! 3.4 Berechnen Sie die Zeit, die benötigt wird, um 30 g Nickel abzuscheiden, wenn mit einer Stromstärke von 3 A bei einem Wirkungsgrad von 90 % gearbeitet wird! 3.5 Eine Wasserprobe aus einer Höhle, in der Kohlenstoffdioxid und Hydrogen- carbonat- Ionen gelöst sind, hat einen pH- Wert von etwa 7. Versetzt man diese Probe mit etwas verdünnter Salzsäure oder Natronlau- ge ändert sich der pH- Wert kaum. Bei der Zugabe einer größeren Menge Salzsäure kommt es schließlich zu einer Gasentwicklung. Erklären Sie diese beiden Phänomene und geben Sie die Reaktions- gleichungen an!
Abitur 2014 Chemie Seite 8 Block II Text zum Teil A und B 5 10 15 20 25 30 35 Heilende Moleküle Hippakrates von Kos (460-377 v. Chr.) empfahl wässrige Auszüge der Weiden- oder Pappelrinde gegen rheumatische Schmerzen und Fieber. Seide Extrakte enthalten Derivate der Salicylsäure (2- Hydroxobenzoesäure). Bereits in der Antike waren sie als "Trank der Hekate" bekannt. Allerdings ist die Salicylsäure sehr bitter und greift die Magenschleimhäute an. Dr. Fritz Hoffman suchte nach einer Lösung des Problems. Er veresterte die Salicyl- säure mit Essigsäure (Ethansäure) zu Acetylsalicylsäure (ASS), von der heute jähr- lich ca. 40000 Tonnen hergestellt werden. Das Medikament wurde dadurch besser verträglich. 1899 führte man die Acetylsalicylsäure unter dem Handelsnamen "Aspi- rin" in die Therapie ein. ln der Natur kommt die Salicylsäure auch mit Methanol verestert in Pflanzen vor. Seit 1992 ist neben der Brause- auch eine Kautablette erhältlich. Eine Brausetablette enthält neben Calciumcarbonat und anderen Begleitstoffen 0,4 g Acetylsalicylsäure. ln dieser Zusammensetzung wird sie von den meisten Patienten besser vertragen. Im Körper des Menschen findet eine langsame hydrolytische Aufspaltung der Acetyl- salicylsäure zu Salicylsäure, dem eigentlichen Wirkstoff, statt. Die Löslichkeit des Arzneimittels wurde im Lösungsmittel Octanol im Vergleich zum 1 Lösungsmittel Wasser experimentell bestimmt. ln Wasser lösen sich 3,3 g · in 1 Octanol jedoch 56 g · r bei 20 °C. r Unser Körper benötigt für viele Stoffwechselprozesse Kalium- Ionen. Gelegentlich kommt es aber als Folge der Einnahme von Medikamenten zu Kaliummangelerscheinungen (z.B. Appetitverlust, Herzrhythmusstörungen, Muskel- schwäche). Eine plötzliche Zufuhr einer Kaliumsalzmenge kann jedoch auch zu einer Reizung der Schleimhäute des Magen-Darm-Traktes führen. Um das zu verhindern, verwen- det man Dragees, die eine retardierte (verzögerte) Freisetzung der Ionen des Salzes ermöglichen. Die Dragees besitzen verschiedene Überzüge, die bewirken, dass die Substanzen erst an bestimmten Stellen des Verdauungstraktes freigesetzt werden. Zur Bestimmung des Kaliumchlorid- Gehaltes liegt ein Kaliumchlorid-Retard-Dragee in 100 ml Wasser gelöst vor. Eine 10 ml Probe dieser Lösung wird mit einer 1 Silbernitratlösung (c 0,1 mol · ) titriert. Am Äquivalenzpunkt sind 8 ml Silbernitrat- Iösung verbraucht. = 40 r Diese Retard-Dragees sind in Blisterpackungen (Durchdrückpackungen) erhältlich. Das glasklare Polyethylendichlorid ist ein Kunststoff zur Herstellung der Blister- packungen. Er wird durch Polymerisation aus 1,1-Dichlorethen gewonnen.
Abitur 2014 Seite 9 Chemie Material zu den Aufgaben OH O:::::c...-0-H 0 I H H ....-C, II I 'C' C-0-C-C-H I II I H...-C:::::c...-C'H H I H Abbildung 1: Strukturformel der Acetylsalicylsäure (Wikipedia) OH OH Abbildung 2: Strukturformel der Salicylsäure (Wikipedia) H I 0 I H'C"..-c, C-' H I II H..-C::::c..-C'H I Abbildung 3 : Strukturformel von Phenol H Zeit in min Stromstärke in mA 10 0,5 30 2,6 50 3,8 70 4,6 Zeit in min Stromstärke in mA 90 5,1 110 5,7 130 5,9 150 6,2 Zeit in min Stromstärke in mA 170 6,3 190 6,6 210 6,6 230 6,6 Tabelle 1 Bestimmung der Freisatzung von Kaliumchlorid aus dem Dragee durch Leitfä- higkeitsmessung Quelle: Materialienhandbuch- Kursunterricht Chemie, Band 9, Aulis Verlag
Abitur 2014 Chemie Seite 10 Aufgabenblock II Teil A 1.1 Formulieren Sie für die Reaktionen der Salzsäure und der Salicylsäure mit Wasser die Reaktionsgleichungen I Bestimmen Sie die Reaktionsart und begründen Sie! 1.2 Stellen Sie die Reaktionsgleichung für das Löslichkeitsgleichgewicht von Calciumcarbonat auf! Berechnen Sie die Löslichkeit von Calciumcarbonat! 1.3 Begründen Sie, dass die Zugabe von Calciumcarbonat die Verträglichkeit von Salicylsäure im Magen verbessert! 1.4 Stellen Sie die Versuchsergebnisse (Tabelle 1) zur Freisetzung von Kali- umchlorid grafisch dar und interpretieren Sie! Entwickeln Sie eine Hypothese zur Funktion des Hüllmaterials des Dra- gees! 1.5 Berechnen Sie die Masse an Kaliumchlorid in einem Dragee anhand des Titrationsergebnisses! 2.1 Experiment: Folgende Lösungen sind Ihnen in nummerierten Reagenzgläsern gege- ben: 1. Salicylsäure 2. Methansäurelösung 3. Methanollösung Identifizieren Sie die Lösungen! Fordern Sie die dazu benötigten Geräte und Chemikalien an! Protokollieren Sie! 2.2 Begründen Sie die heftige Reaktion von Kalium mit Chlor! 2.3 Erläutern Sie ausgehend vom Bau des Kaliumchloridkristalls den Lö- sungsvorgang des Salzes in Wasser! Berechnen Sie die Lösungsenthalpie von Kaliumchlorid und entscheiden Sie, ob die Reaktion endotherm oder exotherm verläuft! 2.4 Begründen Sie die neutrale Reaktion einer wässrigen Kaliumchlorid- lösung!