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ist bspw. ein Zusatzstoff in Kosmetika, da sie sich als pola- res Lösemittel eignet. 2. Klausur: Analytische Chemie II Aufgabe 3: a. Geben Sie für Sulfaminsäure und Peressigsäure jeweils die Protolysegleichungen und das MWG an. Verwenden Sie dafür die Kurzformeln. Beschreiben Sie die Unterschie- de bezüglich der Gleichgewichtseinstellungen bei den beiden Säuren aufgrund der pks-Werte. b Stellen Sie die Messwerte der Analyse in einem entsprechenden Graphen dar. Erläu- tern Sie kurz den Verlauf der Kurve, nutzen Sie dazu die Angaben aus der Tabelle 2. Fachspezifische Vorgaben Informationstext: c. Ermittel Sie den verwendeten Konservierungsstoff, indem Sie mithilfe der Ergebnisse aus der Analyse den pks-Wert berechnen und diesen mit den Angaben aus den fach- spezifischen Vorgaben vergleichen. d. Beurteilen Sie die Verwendbarkeit der Margarine. Für die Herstellung von Vahlsen-Keksen werden Grundzutaten im Tonnenmaßstab gebraucht. Für einen Großproduzenten wie die Fa.Vahlsen steigt der Gewinn deshalb schon bei kleinen Preisunterschieden der Zutaten enorm. Im Zuge des weltweiten Handels werden außereuropäi- sche Lieferanten aufgrund ihrer niedrigen Prei- se immer interessanter. Importierte Lebensmit- tel müssen jedoch den europäischen und deut- schen Vorschriften genügen. Der Firma Vahlsen liegt ein sehr interessantes ausländisches Angebot für Margarine vor. Be- vor größere Mengen geordert werden, wird das Produkt im hauseigenen Labor analysiert. Zu- erst wird der Konservierungsstoff ermittelt, denn hier unterscheiden sich die Zulassungsre- gelungen von Land zu Land besonders stark. Zudem sind auch Konservierungsmittel, die früher häufig bei uns verwendet wurden, in- zwischen verboten. Konservierungsstoffe sind oft einprotonige organische Säuren. Für die Analyse werden mit 100ml Wasser die wasserlöslichen Bestandteile aus einer be- stimmten Menge Margarine herausgelöst. Da- rin wird ein pH-Wert von 2,86 gemessen. An- schließend wird mit der Lösung eine Leitfähig- keitstitration mit einer 0,2 molaren Natronlau- ge durchgeführt. Die Ergebnisse befinden sich in Tabelle 1. Zusatzinformationen: Mittelstarke Säuren dürfen hier bei der Be- rechnung aus Vereinfachungsgründen wie schwache Säuren behandelt werden. 2 pKs-Werte und Molmassen weltweit häufig verwendeter Konservierungsmit- tel: Säure Sulfaminsäu- HSulf 97 re re Salicylsäure HSal Ameisensäu- HCOO 46 H Benzoesäure Essigsäure re Propionsäu- re p-Hydroxy- HPHB 138 benzoesäure (Kurz)- Mol- For- mel masse in g/mol Dehyd- racetsäure Peressigsäu- HBenz 122 188 HAC 60 27.11.2020 HProp 74 HDHA 168 HPerA 76 pks- in Wert der EU zuge- las- sen ~1 nein 2,75 nein 3,75 ja 4,18 ja 4,48 nein 4,76 ja 4,87 ja 5,28 nein 8,20 nein Tabelle 1: Messwerte der Leitfähigkeitsanalyse V(NaOH) in ml Lin mS*cm¹ lon LF 0 0,90 *10-3 [S*m²/mol] 2 H3O* 35,0 2. Klausur: Analytische Chemie II 4 Tabelle 2: Molare Leitfähigkeit einiger lonen bei 25°C Ca²+ Ba2+ Na* 1,25 1,60 1,92 2,25 161 6 5,01 11,9 8 15,7 3 10 OH 19,9 12 2,94 3,27 CI 14 7,64 NO 3 16 Viel Erfolg! 4.60 7,15 16,0 27.11.2020 SO42- 18 6.3 F 5,54 20 8,15 2. Klausur Aufgabel: a) Bei einer Stacken Säuse dissoziieren die Teilchen mehr und leichter als bei einer Schwachen Säure, da sie die H+ - lonen leichter abgibt und deshalbstärker reagiert. Deswegen ist bei einer starken säche die Hinreaktion bevorzugt (k>1) und bei der Schwachen Säure die Richreaktion (k≤1). Stoche Sacre pks 215 mittelsterhe Säck Schwache Sacre phs zwisch 1,5 und 4, 75 nhs 74,75 27.11.2020 Bogen 1 IR 112 T 6) Titration von Salzsäcie and Nationlogge: Man erhennt an dem Graphen A, dass es Sich um eine starke Söcie Handelt, da der (be 1-19 mL Nooth pH-Wert am Anfong nor leicht steigt, weil zwar die H₂o+-lonen neukalisiert werden, es aber immer noch genug von ihnen in der Läsorg gibt. Kerz vor der Zugabe von 20ml NooH kommt es zu einem pH-Spring, weil dann die restlichen H₂0+-lonen ebenfalls nectralisiert werden. Am werdepaht befindet sich der Äquivalenz pecht und der Neckal pocht, da dart n(HCl) = n(NaOH) ist, db. die Söcre wurde vollständig nectralisiert. Zudem beträgt der pH-Wert = 7, weshalb es ebenfalls der des Graph bei Neckalpont ist. IZ #Zudem starlet PH=12 A IR IR IR IR Be Nach bem plt- Sprang flacht sich die have be im basischen Bereich wieder ab, da dord diec(OH) lonen gleich bleibt. Titration von Essig sävie mit tatranlage: Man erkent Kerve B, dass es sich Sacre handelt, um eine schwache belagt on, do zwor da der Graph bei pH = 3 startet. Zudem Steigt der Graph amefa Anfory nor Der sehr leicht. Bei 10 m2 tool befindet Sich der erste Werdepannt, welcher Occh Halböquivalenz poht genannt wird. Dort ist die CCH₂o+) und CCHCD gleich. Zud dem kann man dort den pls -Wert ablese, da dort gilt: pH = pls. D. h. der plus-west ca. 4,2. Nach dem HAP steigt der Graph weiter ner leicht die clot) neckalisiert werden, es aber noch gang in der Läsene gibt. Noch ca. 20 mL NOGH kommt es zum pl -Spocrg. Der zweite werdepornt ist der Aquivalenz pont wo gilt n. (HAC) = n(NaOH), dort ist die Sucre vollständig nectralisiert. Der Aquivalensparkt ist in diesem Fall aber nicht gleich dem Nectral poht, da das Ace basisch reagiert, weshalb dieser im basischem Bereich liegt. Nach dem Aquevalenznaht und dem, H-Spray" flacht die herve wieder ab. (v) V Aquivalenz pocht: C → Wende pankt -> n(Sacre) = n(Base) → Starke Sacre: Ap = Np - schwache Säure: Ap in bosischen Bereich AAP be: += 20 HAP be = 10 Ap be: x=20 =) Begründing in den Texten davor x= mL von NooH PHCHCL) = 1 <hann abgelesen werden. ECO4) = 10TH = 0,1 moll Y da es eine starke Säche ist gilt: (((₂0+) = co (HCl) COCHEL) = 0,1 mol 12 C(H₂O) = C(HU) Das ist doch be- Cannt. d) UCHCl) = 25ml =9025L = 75ml = 0,075AL Viss (CH₂) = = CCNOSH). VCNOGH) Viss 6,7 mol/L-GOSL 01075 ml VCAGOH) = 50ml=gosl < (KooH) = 0,7 mol/L pH-Wert berechnen: pH = -log 0,407 mol/L 20,33 Starke Sacre -X(H₂0*) = (₂CH₂l) * 0,467 mol/L Du musst zunächst die stoffmengen (HC) und n (NaCl) berechnen. U8L. EWH b) Aufgabe 2 a) Trichbsessig Scre Säcres 8- cl 3-4-5 41-2 St CHL Ameisensä use: Of 6H S H-C-CDC₂ H H Isobuttersäche 81 14 H-C-C-2 C #H-C-H H phs = 0,65 pks = 3,75 0-H phs = 487 v Bogen 2 L Bu musst myt Trichloressigsäure ist am stärksten, do dach dem - I- Effeht das H₁-1on leichter abgespalle 16 de des Werder ham. Deshalb disseriert die Säuse leichtr crd reagiel stärker. مامانت وال were weiß "Ameisensacie reagiert stärker als die Isobdlersäure da die Substitunter (der Rast) Partial positiver von der Isobte socre gelader sind als bei der Ameisensäure. Deshalb wadh bei der Iso better säcre die Elektronen mehr von der GH-Greppe (Wergezogen, dies nennt man den + I-Effent Deshalb wird das H+ nicht soleicht abespoken In geschoben. wie bei Essigsäcre, ist ist dashalb schwächer. jsb Die Elechoner werden durch den Alkyl-Rest Qum 0-Atom de CH-Cruppx 6 3 2) Triflcoressy söre ist stäcker als die trichlor essigsäure, do fluor eine höhre Elektronegativität als chelor hal. Deshalb ist der I-Effekt stärker und das H* wisst leichter abgespalter. Weshalb die Trifl coressigsäcre mehr end leichder dissosiert and stärker reagiert. Das ist nur ein Nebensatz, der Hauptsatz fehlt. EN floor = 4,1 Er chlor = 3,2 Aufgabe 3 Sulfominsäcke: HSelf + H₂0 H30+ + Self-v Ks = ((H/₂0+). < (self) CCHSULN pks = 1 Do der pks West kleiner als 1,5 ist, hordelt es sich um eine starke Soure. Deshalb wird de Hinreaktion bevorzugt. Peressig sacre: H Per Ac + H₂0 Ks=CCH₂ot).((Perdc²) (CH per Ac) ₂0++ PerAc - V phs = 8,20 Da der phy-wart größer als 4,75 ist, handelt es sich um ehe Schwache Säcre, weshalb die Richreaktion bevorzugt wird. I 12 12 8 12 IR 12 12 17 IR 167 1Z Iw IZ 1) Le 8 2 6 Neitfähigkeit in ms.cm't S- 4- 3- 2- 6 12 16 18 20 2 Seileg 2 4 8 16 Man erkennt an dem Graphen, dass es sich bei der Sacre um eine Schwache Säure handeltry Wenn die Säure mit der Nation logge reagiena I werden die H₂ot-lonen vor den off-lonen nectrolisiert. Dobei ensteht Not and ein ein negativ gelodeer Säcrerest, welche ebenfalls Leitn hönnen. Da bei einer neetsalisation die Htzar netralis werder, fehlt das H₂ot auf der Edcht - seite. Um das Gleichgewicht wiederhers stellen dissories die Sacre-Teilchen. Dadurch estehen abs Gech vice Saurerest -lonen, die ebenfalls leiten, zwar nicht so stark wie die H₂ot -lover, aber sie leiten ein bisschen. Weshalb die karve, also die Leitfähighet nicht fällt, sondern leicht ansteigt. Noch 14, SmL Nach ist die Säcre vollständig neutralisiert v = 2K (A6GH) = n(säure), dort befindet sich der Aquivalenz posht. Nach dem Aquivalenzpaht, Stept weites 14 VC Noo H) in m2 die Leitfähigheit Stork on, da die OH- -lonen non nicht mehr die tzo+ -lanen nectrolisi da davon Meine mot Vorhanden sind Deshalb befinden sich die off-loner ele falls der Lösung. Da sie einene relativ hote Leitfähigkeit haban steigt die karve skil an. #2 Am Anfong ist die Leitfältigheilt, da die Säure af dort nicht vollständig dissociert ist. O Viss = 100mL =0,1L PHL=286 ((Socie) = ((NooH). VCXGGH Visg Ks = N С(0) = Лоры G2 mol/L-0,04st 0,1L = 0,02gmol/LV =10-2,86✓ C²C (30) ((Sacre) CCOOH) = 92 mol/L UCNOGH) = 14,5ML =0,01452 (10-386)2 0,028 thot = 6,57-10-5 *00000657 -7 Schwache Söcre →CCH₂o ¹) = ((sächerest) → Co (sase) = c(save) Bogen 3 IZ √gering? 9 12 161 12 IR 12 3 pks = -log ks (10-2,86)2 = -log 0,028 ≈4.18 Aus den Angaben aus den fachspezifischen Vorgaben kann man sehen, dass es sich bei dem Monservitungs- Stoff um Benzoesacre handelt, die in der Eu zugelassen ist. V d) Lact der Analyse kann die Firma Vahlen die Margarine verwenden. Bei der Analgse gibt es aber viele Pehlerquellos. Zum Beispiel hann es auch ein anderes honservirings- Stoffgeben der den gleichen phs went hat, aber nicht in der EU zugelassen ist. Zudem kann das ergebnis von anderen Bestandteiln der Magarione verföltscht werden, wenn dies ebenfalls sover reagiert. Deshalb sollte die Firma genauere Analysen machen, bevor sich die Magarine verwenden. sehr gut (minus) 10.12.2020 Erwartungshorizont: Nr. Lösung 1 2 3 2. Klausur: Analytische Chemie II - erläutert den Unterschied zwischen einer starken und einer schwachen Säure. Stark: vollständige Dissoziation Schwach: Unvollständige Dissoziation -ordnet A und B korrekt zu A: starke Säure, niedriger Anfangs-pH, ÄP 7, hoher End-pH B: schwache Säure, Anfangs-pH höher, kleinerer pH-Sprung, AP 8,5, ver- schoben ins Alkalische pH = 1 c(Säure) = 0,1mol/L ggb.: c(HCI)-0,1mol/l V(HCI)=0,0251 c(NaOH)=0,7 mol/l V(NaOH)=0,051 ges.: pH(Lsg) Berechnung n(HCI)=c(HCI)*V(HCI)=2,5*10-³mol Berechnung n(NaOH)=c(NaOH)*V(NaOH)=3,5*10*²mol HCI + NaOH → NaCl + H₂O aus RG geht hervor: Verhältnis 1:1 Berechnung n(HCI)(nach Zugabe NaOH)=n(HCI)-n(NaOH)=-3,25*10²mol ⇒ NaOH wurde im Überschuss gefahren, es liegt eine alkalische Lö- sung vor, daher pOH-Wert berechnen. Berechnung c(OH)=n(NaOH)/ V(Lsg)=3,25*10 mol/0,075-0,433mol/l POH=-log(c(OH)} = -log0,433= 0,36 pH = 14-pOH = 13,6 Die Strukturformeln der drei Säuren werden korrekt dargestellt Die pks-Werte werden korrekt zugeordnet: pKs= 4,87 (Isobuttersäure) pKs= 0,65 (Trichloressigsäure) pKs= 3,75 (Ameisensäure) Die Zuordnung wird mit der Struktur der Säuren begründet: Trichioressigsäure: (-) 1-Effekt durch die drei Cl-Substituenten Ameisensäure: weist nur H-Substituent auf, der keinen Einfluss nimmt Isobuttersäure: (+) 1-Effekt durch die Methyl-Gruppen Trifluoressigsäure ist im Vgl. zu Trichloressigsäure eine stärkere Säure, da Fluor eine höhere EN Chlor besitzt, wodurch ein höherer (-)1-Effekt ausgeübt wird HSulf + H₂O H₂O(g) + Sulf (aq) Ks = (H₂0*)-c(Sulf) c(HSulf) c(H₂0*) c(PerAc) c(HPer Ac) Ks = HPerAC) + H₂O = H₂O(g) + PerAc (aq) Bei der HSulf handelt es sich um eine starke Säure, deren Protolyse- Gleichgewicht auf der Produkt-Seite liegt, d.h. dass alle Säure-Moleküle dissoziiert sind. Bei der HPerAc liegt das Protolyse-Gleichgewicht auf der 27.11.2020 Pkt. 4 2 4 5 2 B(n)2 B(n)2 RGI VI B(n)2 ÜL B(c)3 POHI pH1 6 3 6 3 3 3 Pkt. 4 2 5 2 1,5 4 3 4,5 3 6 4 4 ….. Edukt-Seite, da es sich um eine schwache Säure handelt. Nur wenige Säure-Moleküle sind dissoziiert. Der Prüfling trägt die Punkte in einem entsprechenden Koordinatensys- tem ein (X-Achse V in ml; Y-Achse LF in mS/cm). Der Graph ist ordentlich. 2. Klausur: Analytische Chemie II Kurve einer schwachen Säure => geringe Leitfähigkeit zu Beginn, nur wenige Säure-Moleküle sind dissoziiert Durch Zugabe der Lauge steigt die Kurve langsam an (geringe Steigung) => Hyroxid-lonen reagieren mit Säure zu Wasser, Kationen (Na*) sind für Leitfähigkeit verantwortlich Größere Steigung nach Erreichen des ÄP => Na* und OH--lonen wer- den zugeführt. Hohe Leitfähigkeit der OH-Ionen => größere Steigung Der Prüfling geht auf die unterschiedliche Leitfähigkeit der lonen ein. Aus der Kurve geht hervor: ÄP = 14,5ml=V(NaOH) und schwache Säure ggb.: V(Säure)=100ml=0,11 c(NaOH)=0,2mol/l pH(Säure)=2,86 Berechnung n(NaOH)=c(NaOH)*V(NaOH)=2,9*10-³mol HX + NaOH →→ NaX + H₂O => Verhältnis 1:1 n(NaOH)=n(Säure) Berechnung co (Säure)=n(Säure)/V(Säure)=2,9 10-2mol/l Berechnung c(Säure)-10-PH-10-2,86mol/l Berechnung Ks-c² (Säure)/co(Säure)-6,57*10 mol/l pKs=-logks-4,18 Bei der Säure handelt es sich um Benzoesäure. Nach Informationstext ist die Benzoesäure erlaubt. Ggf.: über Konzentra- tionsangaben werden keine Informationen gegeben Darstellungsleistung: Der Prüfling... ... führt seine Gedanken schlüssig, stringent und klar aus. ... strukturiert seine Darstellung sachgerecht und übersichtlich, ... verwendet eine differenzierte und präzise Sprache, veranschaulicht seine Ausführungen durch geeignete Skizzen, Schemata etc., - gestaltet seine Arbeit formal ansprechend. Rechtschreibung und Zeichensetzung Der Prüfling erfüllt weitere, nicht aufgabenbezogene Kriterien Gesamtpunkte Name: 5 Note: 27.11.2020 4 2 2 2 I 1 B(n)2 RG3 pksl 1 3 5 B(co)2 B(c)2 AU B(K)2 1 4 4 N 97 2 2 ०५ 3 0 4 83,5 1- (13 pkt) 5 4