1. Erläutern Sie den Aufbau des Periodensystems (Stichworte). 5P
8 Hauptgruppen (senkrecht) à haben jeweils gleiche Elektronenanzahl auf Außenschale I. Alkalimetalle II. Erdalkalimetalle III. Bor-Gruppe IV. Kohlenstoff-Gruppe V. Stickstoff-Gruppe VI. Sauerstoff-Schwefel-Gruppe VII. Halogene VIII. Edelgase 7 Perioden (Zeilen) -> Anzahl der Schalen, Elemente mit ähnlichen Eigenschaften sind untereinander aufgeführt
2. Vergleichen Sie den Anteil verschiedener Elemente: Erdkruste versus menschlicher Körper. 5P
Menschlicher Körper -> O (ca. 2/3), C, H Erdkruste -> O (50%); Si (25%); Al; Fe; Ca ( noch unklar!)
3. Nennen sie die 5 häufigsten Elemente auf der Erde. 5P
Erdkruste -> O; Si; Al; Fe; Ca
4. Erläutern Sie den Begriff „Element“. 5P
Dasjenige, was bei chemischer Stoffumwandlung erhalten bleibt, besteht aus gleichartigen Atomen alle anderen Stoffe sind chemische Verbindungen
5. Erklären Sie die Begriffe „Elektron“, „Neutron“ und „Proton“. 3P
Elektron (e-): negative Ladung, in Atomhülle, Elektronenzahl=Protonenzahl=OZ Proton (p+): positive Ladung, in Atomkern, Neutron (n): keine Ladung, in Atomkern, Macht Gewicht des Atoms aus, variierende Anzahl ist ausschlaggebend für Isotope
6. Beschreiben Sie ein einfaches Atommodel. 4P
besteht aus Hülle(gebildet von neg. Elektronen) und Kern(besteht aus positiven Protonen und ungeladenen Neutronen)
7. Erklären sie die Begriffe „Massenzahl“ und „Ordnungszahl“. 4P
Massenzahl: relative Atommasse; ergibt sich aus Protonenzahl + Neutronenzahl Ordnungszahl: Elektronenzahl (auch Kernladungszahl = KLZ)
8. Was sind „Isotope“? Geben Sie eine kurze Definition, nennen Sie 2 wichtige Beispielspaare mit Bezug zu Landwirtschaft/Gartenbau und beschreiben Sie kurz in Stichworten ein mögliches Szenario zum Einsatz von Isotopen. 5P
Isotope: Elemente haben gleiche KLZ , gleiche chemische Eigenschaften, unterscheiden sich in Neutronenzahl, Unterschied zwischen stabil und instabil (radioaktiv) Beispiel: Kohlenstoff 12C, 13C(Markierungsexperimente), 14C SILAC Methode Schwefel 32S, 33S, 34S Pflanzenschutzmittel Isotopenmarkierung
9. Erläutern Sie anhand einer Reaktionsgleichung die Herstellung von Wasserstoff aus Zink und Salzsäure im Labormaßstab. 4P
Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2 , ein Stück Zink wird in Salzsäure gegeben, durch die Reaktion entsteht freiwerdender Wasserstoff, der über einen Kolben aufgefangen wird
10. Nennen Sie 2 Verfahren zur technischen Herstellung von Wasserstoff. 2P
Elektrolyse von Wasser : 2H2O -> 2H2 + O2 Umsetzung von Kohlenwasserstoff: 2CH4 + H2O + O2 -> CO + CO2 + 5H2
11. Wozu kann Wasserstoff eingesetzt werden (5 Beispiele)? 5P
Ammoniaksynthese, Methanolsynthese, Brennstoff, Brennstoffzelle, Zeppelin, Schneidbrenner, Hydrierung von Pflanzenölen
12. Was versteht man unter der „Knallgas-Reaktion“ (inkl. Reaktionsgleichung)? 5P
Wasserstoff : Sauerstoff 2:1 2H2 + O2 ---> H2O explosionsartige Zündung, wird zum authogenen Schweißen genutzt
13. Was ist „Wasserstoffperoxid“ (Formel) und wozu wird es gebraucht? 4P
H2O2 Farblose Flüssigkeit Zerfällt in Wasser- und Sauerstoff Dämpfe sind stark ätzend auf Haut und Schleimhäute Verwendung: Bleichreaktionen (bleichend und ätzend) Textilien, (Alt)Papier. Schwimmbadwasser Desinfizierung
14. Welche Aggregatzustände kennen Sie? Erläutern Sie am Beispiel von Wasser. 3P
Fest : Eis flüssig: Wasser gasförmig: Wasserdampf
15. Wie nennt man die direkten Übergänge von „fest“ in „gasförmig“ bzw. von gasförmig“ in „fest“? 4P
fest in gasförmig: sublimieren gasförmig in fest: resublimieren
16. Was versteht man unter der „Dipol-Eigenschaft“ des Wassers? 5P
Molekül hat gewinkelte Struktur (also positive Ladung in eine, negative in andere Richtung), besserer Halt untereinander, Sorgt für Oberflächenspannung durch Wasserstoffbrücken Moleküle an der Oberfläche werden von den Inneren angezogen (Kohäsion)
17. Beschreiben sie die Veränderung der Dichte beim Schmelzen von Eis. Unterscheiden sie zwischen Meerwasser und Leitungswasser. 5P
größte Dichte hat Wasser bei +4°C , Eis schmilzt bei 0°C (Eis dehnt sich aus > geringere Dichte) Im Meerwasser sind gelöste Salze, wobei der Schmelzpunkt schon bei ca. -2°C erreicht ist.(je größer die Dichte der Salzlösung, desto niedriger ist der Gefrierpunkt)
18. Beschreiben sie das Zustandsdiagramm von Wasser und geben sie ein anschauliches Beispiel für die Auswirkung einer Druckerniedrigung. 5P
das Zustandsdiagramm zeigt, welche Zustände das Wasser in Abhängigkeit von Druck und Temperatur hat. Bei einer Druckerhöhung siedet Wasser später und bei einer Druckerniedrigung siedet Wasser früher, Beispiel auf dem Mount Everest siedet Wasser schon bei ca. 70°C
19. Wodurch entsteht die Oberflächenspannung von Wasser? 4P
Durch die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Molekülen, was auf die Dipol-Eigenschaft zurückzuführen ist.
20. Erklären Sie die Begriffe „Kohäsion“ und „Adhäsion“. 4P
Kohäsion: Anziehungskraft zwischen Flüssigkeitsteilchen (Oberflächenspannung) Adhäsion : Anziehungskraft zwischen Flüssigkeit und angrenzendem Festkörper
21. Was versteht man unter „Diffusion“ und „Osmose“? 4P
Diffusion: Teilchen von Flüssigkeiten und Gasen besitzen kinetische Energie, daraus folgt eine Teilchenbewegung, ohne äußere Einflüsse in einem Raum oder in einer Flüssigkeit die Teilchenbewegung ist von der Temperatur abhängig Osmose:Diffusion durch eine semipermeable Membran entlang eines Konzentrationsgefälles, es diffundiert nur das Lösungsmittel ( zB: Wasser) durch die Membran
22. Was versteht man unter dem „pH-Wert“ und beschreiben Sie die Konzentration von H+ und OH- in einer basischen, neutralen und sauren Lösung? 5P
pH- Wert: negativer dekadischer zehner Logarithmus, er beschreibt die h+- Ionen in einer Flüssigkeit Konzentration von H+ > OH- = saure Lösung (zB: Batteriesäure) Konz. H+ < OH- = basische Lösung (zB: Natronlauge) Konz. H+ = OH- = neutrale Lösung ( zB: Wasser)
23. Woraus setzt sich die Gesamthärte von Wasser zusammen und wie wird sie angegeben? 5P
Gesamthärte: temporäre und permanente Härte dH = deutscher Härtegrad 1dH = 10mg CaO/liter 0-7 =weiches Wasser >7-14 =mittelhartes Wasser >14-21=hartes Wasser >21 =sehr hartes Wasser
24. Beurteilen Sie die Wasserverfügbarkeit auf der Erde insgesamt und in verschiedenen Regionen. 4P
-es gibt sehr unterschieldiche Wasserverfügbarkeiten auf der Erde, in den Wüstenregionen ist die Verfügbarkeit sehr gering, Wasser für ausreichende Nahrungsmittelproduktion fehlt in diesen Regionen - am Äquator und in den mittleren Breiten, ist die Wasserverfügbarkeit sehr groß und wird auch dementsprechend für zB die Nahrungsmittelproduktion genutzt
25. Wie beurteilen Sie den Wasserverbrauch in verschiedenen Sektoren? 4P
71%: Landwirtschaft à Bewässerung, Viehzucht Nahrungsmittelproduktion verbraucht 5000l pro Person/Tag 20%: Industrie à Produktion 9%: private Haushalte
26. Nennen Sie 3 wichtige Parameter zur Beurteilung der Trinkwasserqualität (Angabe der Grenzwerte nicht notwendig). 3P
CSB: chemischer Sauerstoffbedarf BSB: biologischer Sauerstoffbedarf dH: deutscher Härtegrad
27. Was bedeutet „CSB“ bzw. „BSB“? 2P
CSB : chemischer Sauerstoffbedarf --> Maß für die Summe aller im Wasser vorhandenen oxidierbaren Stoffe BSB : biologischer Sauerstoffbedarf --> Menge an Sauerstoff die zum biotischen Abbau von organischen Stoffen notwendig sind
28. Was versteht man unter dem Begriff „virtuelles Wasser“? 3P
Wassermenge, die für die Produktion/Verarbeitung verbraucht wird, aber nicht direkt vorhanden ist, "verstecktes Wasser"
29. Erläutern Sie die „Glimmspan-Probe“. 2P
Wideraufflammen eines glimmenden Holzspan in Sauerstoff --> Sauerstoffnachweis Im Labor : 2 H2O2 (überKatalysator Mangan-4-oxid) --> O2 + 2H2O
30. Was passiert im „Hofmannschen Zersetzungsapparat“? 4P
Elektrolyse von Wasser Zersetzung von Wasser in Ausgangsstoffe Sauerstoff und Wasserstoff. 2H2O > O2 + 2H2
31. Nennen Sie 3 technische Herstellungsverfahren für Sauerstoff. 3P
1.) physikalische Zerlegung von Luft 2.) Elektrolyse von Wasser 3.) thermische Zersetzung sauerstoffhaltiger Verbindungen
32. Beschreiben sie den Sauerstoffkreislauf und die Bedeutung für die Biosphäre. 5P
1.) sauerstoffliefernde Prozesse = Photosynthese 6CO2 + 6H2O --Licht--> C6H12O6 + 6O2 Kohlenstoffdioxid und Wasser unter Einwirkung von Licht mit Hilfe von Chlorophyll entsteht Glycose und Sauerstoff 2.) sauerstoffverbrauchende Prozesse Verbrennung von Kohle, Erdöl, Erdgas zur Wärme- und Energiegewinnung Verbrennung von Nahrungsmittel > Aufrechterh. Lebensvorgänge Organismen Verwesen und Vermodern von Organismen
33. Welche Zusammensetzung hat Luft (Angabe der Einheit nicht vergessen!)? 2P
0,03% Kohlenstoffdioxid 1% Edelgase 21% Sauerstoff 78% Stickstoff
34. Was ist Ozon und wie entsteht es? 5P
Ozon = O3 besondere Form des Sauerstoffs Ozon entsteht in hohen Atmosphärschichten durch die Einwirkung von UV Licht. elektrischer Entladung ( Gewitter) auf Sauerstoffmoleküle ( O2), sie werden gespalten . So entstehen zwei reaktionsfreudige O-Atome, welche sich mit einem Sauerstoffmolekül verbinden --> O3 !
35. Beschreiben Sie die Wirkung von Ozon auf Menschen. 3P
-Sehr giftig, verätzt Atemwegsorgane, oxidiert organische Stoffe.-Befindlichkeitsstörungen, Herz-Kreislaufversagen, es wirkt karzinogen
36. Beschreiben Sie die Wirkung von Ozon auf Pflanzen. 3P
Chlorosen, Nekrosen, Blattdeformationen, Zwergenwuchs, beschleunigt die Seneszenz = geringe Erträge, Veränderung biochemischer und physiologischer Prozesse (Membraneigenschaften, Störung von Enzymaktivitäten, Zerstörung von Pigmenten)
37. Herstellung und Verwendung von Ozon? 3P
-mittels Ozongenerator vor Ort, ist sehr instabil, deshalb nicht lagerfähig - ozonhaltiger Sauerstoff oxidiert die Oberfläche von Quecksilber und haftet als Spiegel an Glas Verwendung: Entkeimung von Trinkwasser, Schwimmbadwasser, Bleichreaktionen
38. Welche S-Vorkommen kennen Sie? 4P
-elementar im vulkanischen Gestein -Sulfate ( Salz der Schwefelsäure) -Sulfide ( Salz des Schwefelwasserstoff) -organische Verbindungen , zB Lebewesen ( Haut, Haar, Feder), Beimengung in Kohle
39. Welche Verwendungen von S kennen Sie? 4P
-Düngemittel -Produktion von Schwefelsäure -Reifenproduktion -Pyrotechnik, Zündhölzer -Papier und Farbenindustrie -Medikamente, Biozide
40. Beschreiben Sie die Entstehung von Schwefelwasserstoff durch Reaktion von Eisensulfid mit Salzsäure im Kippschen Apparat (Reaktionsgleichung). 3P
2HCl + FeS > H2S + FeCl2
41. Welche Wirkungen hat Schwefelwasserstoff auf den Menschen? 3P
-hochgiftiges Gas, Geruch nach faulen Eiern -nur wenige Prozente in der Luft wirken innerhalb weniger Sekunden tödlich -kleinere Mengen führen zu Vergiftungen = Atemnot, Schwindel = Umwandlung des Hämoglobin zu Sulfhämoglobin --> Lähmung Atemnot
42. Beschreiben Sie die 3 Schritte zur Herstellung von Schwefelsäure aus elementarem Schwefel. 3P
1.) S + O2 --> SO2 2.) 2SO2 + O2 -- > 2SO3 3.) 2SO3 + H2O --> H2SO4
43. Wie lautet die Formel für Schwefeldioxid und nennen Sie 3 wichtigsten Verwendungsmöglichkeiten. 4P
- SO2 -Verwendung: Herstellung von Schwefelsäure + schwefelhaltigen anorganischen Salzen -Desinfektionsmittel ( Bier und Weinfässer) -Konservierung von Lebensmitteln ( Obst, Gemüse..)
45. Nennen sie 5 S-haltige Dünger inkl. der S-Bindungsform (Gehaltsangabe nicht notwendig). 5P
KAS plus S1 CaSO4 Superphosphat CaSO4 Patentkali MgSO4 40er Kali MgSO4 Kaliumsulfat K2SO4
46. Wie haben sich die SO2-Konzentrationen in der Luft in Deutschland in den letzten 20 Jahren verändert? 3P
- deutlicher Rückgang der Konzentration, besonders im östlichen Teil Deutschlands, Industrieschornsteine besitzen heute viel effektivere Filter um den Ausstoß zu minimieren
47. Vergleichen Sie die Se-Versorgung der Bevölkerung in Finnland und Deutschland und erklären Sie. 4P
- Finnland hat eine besonders gute Selenversorgung, erfüllt fast die Vorgaben der WHO von ca 75 µg/Tag, in dem Land wird insgesamt mit mehr Selen gedüngt - Deutschland hingegen hat eine durchschnittliche Versorgung von ca 35µg/Tag
48. Was passiert wenn eine brennende Kerze in ein mit Stickstoff gefülltes Gefäß gestellt wird? 3P
- die Flamme erlischt, Stickstoff unterhält die Verbrennung nicht, fehlender Sauerstoff
49. Erläutern sie kurz die Reaktionsgleichung der Haber-Bosch-Synthese. 5P
3 H2 + N2 -> 2 NH3 man erreicht eine Optimierung durch: Temperatur 500°C Druck 450 bar Mengenverhältnis Ausgangsstoffe H:N 3:1 Katalysatoren (Fe,Pt)
