Bruno Rihs

Ausbildung – Vorbereitungskurse

Chemie Fachdossier Niveau II

weiterwissen.

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Anforderungen im Fachbereich Chemie für die Eintrittsprüfung Niveau II an die Pädagogische Hochschule Luzern (PHLU)

Lernziele o Modelle in den Naturwissenschaften als grundlegend für das Verständnis von

naturwissenschaftlichen Phänomenen verstehen o verschieden komplexe Atommodelle mit ihren unterschiedlichen Möglichkeiten und

Grenzen zur Erklärung des Aufbaus der Materie und chemischer Vorgänge kennen o verschiedene Bindungsmodelle verstehen und den Zusammenhang mit den

Stoffeigenschaften erklären o die chemische Formelsprache anwenden und chemische Gleichungen für einfache

Reaktionen aufstellen o die fast unendliche Variation des Kohlenstoffgerüstes als Grundlage für die organische

Chemie erkennen o wichtige Stoffklassen der organischen Chemie, ihre Eigenschaften und ihre Bedeutung

für die Lebensvorgänge kennen Inhalte, Begriffe

o Erkenntnisprozesse: Die Vorgehensweise beim hypothetisch-deduktiven Erkenntnisprozess erklären und anwenden.

o Atombau: Atommodelle (Teilchenmodell, Thomsonmodell, Kern-Hülle-Modell, Kugelwolkenmodell; Atomkern, Atomhülle, Atomrumpf, Protonen, Elektronen, Neutronen, Masse, Ladungen, Isotope, Nuklid, Valenzelektronen); Aggregatszustände; Periodensystem der chemischen Elemente

o Bindungsmodelle: Ionenbindung und Salze (Kation, Anion; Ionenladung; Ionengitter; Edelgasregel, Oktettregel, Edelgaskonfiguration; Formeleinheit); Moleküle (Elektronenpaarbindung, kovalente Bindung, Atombindung; Summenformel (Molekülformel), Lewis-Strichformel; Elektronenpaarabstossungsmodell; Modifikation); Metallbindung; Zusammenhang Bindungsart und Stoffeigenschaften

o Nomenklatur anorganischer Stoffe o Zwischenmolekulare Kräfte: Elektronegativität, Polarität, van der Waals-Kräfte,

temporäre Dipole, Dipol-Dipol-Kräfte, permanente Dipolmoleküle, Wasserstoffbrücken; Auswirkungen auf die Stoffeigenschaften (Siedetemperatur, Mischbarkeit, Viskosität, ...); Dichte-Anomalie, Wärmekapazität, Kohäsionskräfte und Oberflächenspannung von Wasser

o Ion-Dipol-Bindung: Lösevorgang o Stoffe: heterogene und homogene Stoffe, Lösungen, Reinstoffe, Verbindungen,

Elemente; Kenntnis wichtiger Trennverfahren o Reaktionen: Energiediagramm, Katalysator; Massenerhaltung; Reaktionsgleichungen o Stoffmenge: Avogadrozahl, Stoffmengen, Massen, Anzahl Teilchen berechnen o Säuren und Basen: Säure-Base-Reaktion nach Broensted; Protolyse, Protonendonator,

Protonenakzeptor, Ampholyt; Autoprotolyse des Wassers, Elektrolyte; Stärke von Säuren und Basen; saure und basische Lösungen (Säuregrad, pH-Wert; pH-Indikator; Neutralisation); Kenntnis wichtiger Säuren und Basen sowie saurer und basischer Lösungen aus der Natur, Säure/Base-Reihe, Pufferlösungen

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o Redox-Reaktion im historischen und neudefinierten Sinn: Aufnahme und Abgabe vonSauerstoff; Elektronenübertragungsreaktion; Oxidation, Reduktion, Oxidationsmittel,Reduktionsmittel, Elektronenakzeptor, Elektronendonator, edle und unedle Metalle;Redox-Reihe; Salzbildung

o Grundlagen der organischen Chemie: Kohlenwasserstoffe, Alkane, Alkene, Alkine,cyclische Verbindungen; chemische und physikalische Eigenschaften; wichtigefunktionelle Gruppen (Hydroxyl-, Aldehyd-, Keto-, Carbonyl-, Carboxyl-, Amid-, Amino-,Ester-Gruppe), Bedeutung, Benennung und Eigenschaften ausgewählter zugehörigerSubstanzklassen (Alkohole, Carbonsäuren, Amine, Aminosäuren); Nomenklatureinfacher organischer Moleküle bis C30, Summenformel, Valenzstrichformel,Skelettformel, Keilformel, vereinfachte Strukturformel (Gruppenformel); Isomerie(Konstitution, Konfiguration, Konformation; Konstitutionsisomere, cis-trans-Isomere,Enantiomere/Diastereomere)

o Chemie des Lebens: Makromoleküle (Monomere, Polymere); Aufbau, Eigenschaften undBedeutung von einigen biologisch wichtigen Makromolekülen (Lipide, Kohlenhydrate,Proteine, Nucleinsäuren, Seifen); Nachweismethoden; Zwitterionen, isoelektrischerPunkt; Denaturierung

o Reaktionen: Kondensationsreaktion, Hydrolyse; Fotosynthese, Zellatmung; alkoholischeGärung, Milchsäuregärung; Addition, Substitution

Empfohlene Vorbereitung / Literatur

Die aufgeführten Bücher beinhalten mehr, als für die Prüfung notwendig ist. Orientieren Sie sich an den Lernzielen und Inhalten. o Jürgen Baur, Chemie im Kontext, Allgemeine Ausgabe 11.-13. Schuljahr, Cornelsen-

Verlag, Berlin 2006 (ISBN 978-3-06-031130-9)o Kurt Haim, Chemie macchiato Schuber, Pearson Verlag, München 2012o Franz Neufingerl, Chemie 1: Allgemeine und anorganische Chemie, Verlag Jugend &

Volk, Wien 2009o Franz Neufingerl, Chemie 2: Organische Chemie, Verlag Jugend & Volk, Wien 2007o Heribert Rampf, Allgemeine und anorganische Chemie: Grundlagen, mentor Verlag,

München 2008o Heribert Rampf, Organische Chemie: Grundlagen, mentor Verlag, München 2008o Markus Stieger, Elemente Chemie: Grundlagen der Chemie für Schweizer

Maturitätsschulen, 9.-12. Schuljahr, Ernst Klett Verlag, Zug 2010

Prüfungsmodalitäten und Bewertungskriterien

Prüfungsform schriftlich und mündlich Zeit Hilfsmittel

60 Minuten (schriftlich) und 20 Minuten (mündlich) Taschenrechner TI-30 oder vergleichbarer Typ Periodensystem der Elemente, Redoxreihe und Formelsammlung werden abgegeben

Durchführung schriftliche Prüfung: ca: Mitte Semester (Termin und genauer Stoffumfang werden rechtzeitig bekannt gegeben); mündlich am Ende des Unterrichtssemesters

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Bewertung Die Note der schriftlichen und der mündlichen Prüfung – auf einen Zehntel gerundet– ergibt die Fachnote Chemie. Aus den Fachnoten Biologie, Chemie und Physik wird die Fachbereichsnote Naturwissenschaften ermittelt, die für das Bestehen der Zulassungsprüfung, massgeblich ist.

Musterprüfung

Maximale Punktzahl: 37.5

Benotung: lineare Skala: Anz. Punkte / 33.5 * 5 + 1; 20 und mehr Punkte ergeben mindestens die Note 4

Hilfsmittel: Taschenrechner, Periodensystem, Formelsammlung, Redoxreihe

Aufgabe 1 Atommodelle 2 Punkte

1.1 Betrachten Sie die Abbildung (Atomrumpf ist rot, Valenzschale ist blau). Um welches Atom handelt es sich dabei? Begründen Sie Ihren Entscheid. (1 Punkt)

1.2 Nennen Sie die zwei wichtigsten Schlussfolgerungen von Rutherfords Streuversuch. (1 Punkt)

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Aufgabe 2 Chemie kreuz und quer 11 Punkte

2.1 Die folgenden Aussagen enthalten je 0-3 Fehler. Korrigieren Sie die falschen Sätze, indem Sie über den Textpassagen die Korrekturen notieren. Andernfalls setzen Sie dahinter ein Häkchen ✔: (5.5 Punkte)

Beim Lösen von Salzen im lipophilen Wasser entstehen Ion-Ionbindungen.

Unter Normaldruck ist Wasser zwischen 0 bis 100° Celsius flüssig, wobei die Masse bei 4°Celsius

am höchsten ist.

• Unedle Metalle sind sehr schlechte Reduktionsmittel, d.h. sie geben gerne Elektronen ab.

Salze sind duktil und sie leiten in Lösung sowie in flüssiger Form elektrischen Strom.

Das Gesetz von der Erhaltung der Masse besagt, dass bei einer chemischen Reaktion die Masse der

beteiligten Ausgangsstoffe (Edukte) sowie die Anzahl an Teilchen erhalten bleibt.

Die Oberflächenspannung des Wassers, welches Wasserstoffbrücken ausbildet, ist dafür

verantwortlich, dass sich der Wasserläufer (Insekt) auf der Oberfläche fortbewegen kann.

Zwischen allen Molekülen wirken elektrostatische Kräfte und diese hängt von der Anzahl

Valenzelektronen ab.

Für Dipol-Dipolkräfte zwischen Molekülen sind aktive und passive Stellen erforderlich und es handelt

sich dabei um eine sehr schwache zwischenmolekulare Kraft.

2.2 Welche Masse haben 100’000’000'000 Calciumatome? (1.5 Punkte)

2.3 Benennen Sie die vier abgebildeten Trennmethoden. Welche Eigenschaft wird zur Trennung jeweils genutzt? (4 Punkte)

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Aufgabe 3 Bindungsmodelle 8 Punkte

3.1 Unsere Luft besteht zu: 78.1% aus N2 0.9% aus Ar 20.9% aus O2 diversen Spurengasen

• Erklären Sie für alle obigen Moleküle/Atome gemeinsam, weshalb diese bei uns (bei normalem Luftdruck) gasförmig sind. (2 Punkte)

• Diverse Pneuhäuser propagieren zur Füllung von Autoreifen ausschliesslich Stickstoff statt Druckluft (Zusammensetzung siehe obige Tabelle) zu verwenden, weil das Reifengas weniger schnell entweicht. Erklären Sie diesen Sachverhalt auf Atomebene. (3 Punkte)

3.2 Das Molekül CH2F2 kann auf unterschiedliche Arten dargestellt werden. Erklären Sie anhand der Lewisformel des Moleküls CH2F2, dass CH2F2 ein permanenter Dipol ist und notieren Sie die Bindungswinkel. (2 Punkte)

3.3 Das Molekül Lachgas (N2O) wird u.a. zu Narkosezwecken benutzt. Benennen Sie dieses Molekül nach den IUPAC-Regeln. (1 Punkt)

Aufgabe 4 Reaktionen 8 Punkte

4.1 Beim stromlosen Verfahren zum Versilbern benutzt man heisse cyanidhaltige Bäder mit Silber(I)nitrat (AgNO3). (3 Punkte)

• Nennen Sie zwei Metalle, welche sich in einem Silbernitratbad versilbern lassen und begründen Sie Ihre Wahl.

• Wählen Sie ein Metall von a) aus und formulieren Sie die Halbzellenreaktionen sowie die Gesamtgleichung:

Oxidation: _______________ -

Reduktion: _______________

Gesamtgleichung: _______________

4.2 Sie kochen mit Propangas, welches vollständig in Luft verbrannt wird. Notieren Sie die Reaktionsgleichung und gleichen Sie diese aus: (2 Punkte)

4.3 Skizzieren Sie ein Energiediagramm der Fotosynthese und beschriften Sie diese mit den Fachbegriffen sowie den Namen und Formeln der Edukte und Produkte. (3 Punkte)

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Aufgabe 5 Anorganische Nomenklatur 3 Punkte

5.1 Füllen Sie die folgende Tabelle aus (3 Punkte)

Aufgabe 6 Isomerie und Zwischenmolekulare Kräfte 2.5 Punkte

6.1 Ordnen Sie den folgenden beiden Molekülen ihren Siedepunkt zu und begründen Sie Ihren Entscheid. (2.5 Punkte) 76.7°C -128°C

1 CCl4

2 CF4 x

Name Formel

Lithiumsulfid Li2S

Phosphortriiodid PI3

Eisen-(III)-iodid Fel3

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Aufgabe 7 Chemie in den Medien 3 Punkte

Machen Sie eine Skizze auf atomarer Ebene und erklären Sie anhand eines konkreten Beispiels, was der Cartoon aussagt. (3 Punkte)

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8 Anhang Formelsammlung und Redoxreihe n = m/M = N/NA NA = 6.022 x 1023 Teilchen pro Mol

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Musterprüfung - Lösung

Maximale Punktzahl: 37.5

Benotung: lineare Skala: Anz. Punkte / 33.5 * 5 + 1; 20 und mehr Punkte ergeben mindestens die Note 4

Hilfsmittel: Taschenrechner, Periodensystem, Formelsammlung, Redoxreihe

Aufgabe 1 Atommodelle 2 Punkte

1.1 Betrachten Sie die Abbildung (Atomrumpf ist rot, Valenzschale ist blau). Um welches Atom handelt es sich dabei? Begründen Sie Ihren Entscheid. (1 Punkt)

Alkalimetall, denn die Valenzschale enthält ein Elektron z.B. Natrium.

1.2 Nennen Sie die zwei wichtigsten Schlussfolgerungen von Rutherfords Streuversuch. (1 Punkt) Die Atome haben einen kompakten kleinen Kern und eine grosse beinahe leere Hülle.

Aufgabe 2 Chemie kreuz und quer 11 Punkte

2.1 Die folgenden Aussagen enthalten je 0-3 Fehler. Korrigieren Sie die falschen Sätze, indem Sie über den Textpassagen die Korrekturen notieren. Andernfalls setzen Sie dahinter ein Häkchen ✔: (5.5 Punkte)

Beim Lösen von Salzen im lipophilen Wasser entstehen Ion-Ionbindungen. hydrophilen oder lipophoben Ion-Dipolbindungen, 1 Punkt

Unter Normaldruck ist Wasser zwischen 0 bis 100° Celsius flüssig, wobei die Masse bei 4°Celsius am höchsten ist. Dichte (statt Volumen), 0.5 Punkt

• Unedle Metalle sind sehr schlechte Reduktionsmittel, d.h. sie geben gerne Elektronen ab. gute, 0.5 Punkt

Salze sind duktil und sie leiten in Lösung sowie in flüssiger Form elektrischen Strom. spröde, 0.5 Punkt

Das Gesetz von der Erhaltung der Masse besagt, dass bei einer chemischen Reaktion die Masse der beteiligten Ausgangsstoffe (Edukte) sowie die Anzahl an Teilchen erhalten bleibt. ✔, 0.5 Punkt

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Die Oberflächenspannung des Wassers, welches Wasserstoffbrücken ausbildet, ist dafür verantwortlich, dass sich der Wasserläufer (Insekt) auf der Oberfläche fortbewegen kann. ✔, 0.5 Punkt

Zwischen allen Molekülen wirken elektrostatische Kräfte und diese hängt von der Anzahl Valenzelektronen ab. van der Waals-Kräfte Elektronen, 1 Punkt

Für Dipol-Dipolkräfte zwischen Molekülen sind aktive und passive Stellen erforderlich und es handelt sich dabei um eine sehr schwache zwischenmolekulare Kraft. Wasserstoffbrücken starke, 1 Punkt

2.2 Welche Masse haben 100’000’000'000 Calciumatome? (1.5 Punkte) 1 Mol, d.h. 6.02x1023 Teilchen wiegen 40.08 g. 100'000’000’000/(6.02x1023)x40.08g =6.66 x 10-12 Gramm

2.3 Benennen Sie die vier abgebildeten Trennmethoden. Welche Eigenschaft wird zur Trennung jeweils genutzt? (4 Punkte) 1. Filtration, Teilchengrösse2. Zentrifugation, Dichte 3. Destillation, Siedetemperatur 4. Chromatographie, Fliessfähigkeit im Lösungsmittel

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Aufgabe 3 Bindungsmodelle 8 Punkte

3.1 Unsere Luft besteht zu: 78.1% aus N2 0.9% aus Ar 20.9% aus O2 diversen Spurengasen

• Erklären Sie für alle obigen Moleküle/Atome gemeinsam, weshalb diese bei uns (bei normalem Luftdruck) gasförmig sind. (2 Punkte) Kleine Moleküle aus < 5 Atomen haben einen tiefen Siedepunkt, da geringe vdW-Kraft und obige haben keine Dipol-Dipol-Kräfte.

• Diverse Pneuhäuser propagieren zur Füllung von Autoreifen ausschliesslich Stickstoff statt Druckluft (Zusammensetzung siehe obige Tabelle) zu verwenden, weil das Reifengas weniger schnell entweicht. Erklären Sie diesen Sachverhalt auf Atomebene. (3 Punkte) N2 ist im Gegensatz zu O2 grösser, denn bei O werden die Elektronen durch die höhere Kernladung stärker angezogen. Daher entweicht N2 weniger schnell.

3.2 Das Molekül CH2F2 kann auf unterschiedliche Arten dargestellt werden. Erklären Sie anhand der Lewisformel des Moleküls CH2F2, dass CH2F2 ein permanenter Dipol ist und notieren Sie die Bindungswinkel. (2 Punkte) Das Molekül enthält Partialladungen, welche unsymmetrisch verteilt sind, daher permanentes Dipolmolekül. Überall Tetraederwinkel/109.5°.

3.3 Das Molekül Lachgas (N2O) wird u.a. zu Narkosezwecken benutzt. Benennen Sie dieses Molekül nach den IUPAC-Regeln. (1 Punkt) Distickstoffmonoxid-Molekül

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Aufgabe 4 Reaktionen 8 Punkte

4.1 Beim stromlosen Verfahren zum Versilbern benutzt man heisse cyanidhaltige Bäder mit Silber(I)nitrat (AgNO3). (3 Punkte)

• Nennen Sie zwei Metalle, welche sich in einem Silbernitratbad versilbern lassen und begründen Sie Ihre Wahl. z.B. Nickel oder Zinn, weil diese weniger edel sind als Silber

• Wählen Sie ein Metall von a) aus und formulieren Sie die Halbzellenreaktionen sowie die Gesamtgleichung:

Oxidation: Ni Ni2+ + 2e- Reduktion: 2Ag+ + 2e- 2 Ag Gesamtgleichung: Ni + 2 Ag+ Ni2+ + 2 Ag

4.2 Sie kochen mit Propangas, welches vollständig in Luft verbrannt wird. Notieren Sie die Reaktionsgleichung und gleichen Sie diese aus: (2 Punkte) C3H8 + 5 O2 → 3CO2 + 4 H2O

4.3 Skizzieren Sie ein Energiediagramm der Fotosynthese und beschriften Sie diese mit den Fachbegriffen sowie den Namen und Formeln der Edukte und Produkte. (3 Punkte)

http://chemiekurs.npage.de/(15.7.2011)

Kohlenstoffdioxid Wasser Glucose Sauerstoff 6 CO2 + 6 H2O -Sonnenenergie→ C6H12O6 + 6 O2 Edukte Produkte

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Aufgabe 5 Anorganische Nomenklatur 3 Punkte

5.1 Füllen Sie die folgende Tabelle aus (3 Punkte)

Aufgabe 6 Zwischenmolekulare Kräfte 2.5 Punkte

6.1 Ordnen Sie den folgenden beiden Molekülen ihren Siedepunkt zu und begründen Sie Ihren Entscheid. (2.5 Punkte) 76.7°C -128°C

1 CCl4 x

2 CF4 x

Da die Partialladungen symmetrisch verteilt sind, handelt es sich nicht um permanente Dipole. Daher wirken bei beiden Molekülen ausschliesslich van-der-Waalskräfte: CCl4 enthält 74, CF4 dagegen nur 42 Elektronen höhere vdW-Kraft höherer Siedepunkt.

Name Formel

Lithiumsulfid Li2S

Phosphortriiodid PI3

Eisen-(III)-iodid Fel3

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Aufgabe 7 Chemie in den Medien 3 Punkte

Machen Sie eine Skizze auf atomarer Ebene und erklären Sie anhand eines konkreten Beispiels, was der Cartoon aussagt. (3 Punkte) Individuell: Elementarteilchen, Protonen, Neutronen und Elektronen, Masse in units, Elementarladung, Ordnungszahl, Isotop, z.B. 1H, 2H, 3H

August 2016 Simone C. Käppeli

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