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Drei Aufgaben mit Material, zusammen 60 Bewertungseinheiten (BE). Hilfsmittel: Taschenrechner, Periodensystem. Rechnen Sie auf Papier und tragen Sie nur die Ergebnisse ein; der Erwartungshorizont wird nach dem Auswerten freigeschaltet.
AFB I–III
Aufgabe 1: Kunststoffe für die Sportflasche
20 BEA1
Kunststoffe
20 BE
Material 1: Ein Hersteller von Sportflaschen und Deckeln vergleicht Kunststoffe (Literaturwerte, gerundet).
| Kunststoff | Hauptkette | Tg in °C | Tm in °C | ρ in g/cm³ |
|---|---|---|---|---|
| PE-HD | nur C–C | ≈ −110 | ≈ 130 | 0,95 |
| PP | nur C–C | ≈ −10 | ≈ 165 | 0,90 |
| PA 6 | \(\ce{-CO-NH\bond{-}}\) | ≈ 50 | ≈ 220 | 1,13 |
| PET | \(\ce{-CO-O\bond{-}}\) | ≈ 78 | ≈ 255 | 1,38 |
Eine PA-6-Probe hat die mittlere molare Masse \(M = 33\,950\,\text{g/mol}\); die Wiederholeinheit \(\ce{-[NH-(CH2)5-CO]\bond{-}}\) hat \(M = 113{,}16\,\text{g/mol}\).
a) Ordnen Sie den Kunststoffen Familie und Bildungsreaktion zu. 3 BE
b) Berechnen Sie den mittleren Polymerisationsgrad der PA-6-Probe. 3 BE
c) Erklären Sie, warum PA 6 deutlich höher schmilzt als PE-HD. Wählen Sie die zutreffenden Aussagen. (mehrere Antworten richtig) 4 BE
d) Ermitteln Sie mithilfe von Material 1, welche Kunststoffe im Schwimm-Sink-Becken (Wasser, 1,00 g/cm³) aufschwimmen. (mehrere Antworten richtig) 4 BE
e) Beurteilen Sie Verwertungswege für eine gebrauchte, sortenreine PET-Flasche mit PP-Deckel. (mehrere Antworten richtig) 6 BE
Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)
Erwartungshorizont:
- a) PP: Polyolefin (Polymerisation von Propen); PA 6: Polyamid (Polykondensation bzw. Ringöffnung, Amidgruppe); PET: Polyester (Polykondensation). (3 BE)
- b) \(n = 33\,950 : 113{,}16 \approx 300\) (3 BE)
- c) PA 6: Wasserstoffbrücken zwischen N–H und C=O benachbarter Ketten zusätzlich zu Van-der-Waals-Kräften; PE-HD: nur Van-der-Waals-Kräfte → zum Aufschmelzen der Kristallite ist bei PA mehr Energie nötig. Beide sind unvernetzte Thermoplaste. (4 BE)
- d) ρ < 1 g/cm³: PE-HD und PP schwimmen, PA 6 und PET sinken. (4 BE)
- e) Trennen per Schwimm-Sink; PET werkstofflich (Bottle-to-Bottle, Kettenabbau durch Nachkondensation ausgleichen) oder rohstofflich per Solvolyse; PP ist ein Thermoplast und ebenfalls werkstofflich verwertbar; Verbrennung ist Verwertung, kein Recycling. (6 BE)
AFB I–III
Aufgabe 2: Aminosäuren in der Elektrophorese
20 BEA2
Aminosäuren und Proteine
20 BE
Material 2: \(\mathrm{p}K_\mathrm{S}\)-Werte ausgewählter Aminosäuren (25 °C).
| Aminosäure | α-COOH | α-NH₃⁺ | Seitenkette | M in g/mol |
|---|---|---|---|---|
| Glycin (Gly) | 2,34 | 9,60 | — | 75,07 |
| Alanin (Ala) | 2,34 | 9,69 | — | 89,09 |
| Glutaminsäure (Glu) | 2,19 | 9,67 | 4,25 (COOH) | 147,13 |
| Lysin (Lys) | 2,18 | 8,95 | 10,53 (NH₃⁺) | 146,19 |
Die vier Aminosäuren werden bei pH 6,0 auf einen Elektrophoresestreifen aufgetragen. \(M(\ce{H2O}) = 18{,}02\,\text{g/mol}\).
a) Berechnen Sie den isoelektrischen Punkt von Alanin. 3 BE
b) Berechnen Sie den isoelektrischen Punkt von Glutaminsäure. 3 BE
c) Sagen Sie die Wanderungsrichtung bei pH 6,0 begründet voraus. 4 BE
d) Berechnen Sie die molare Masse des Tripeptids Lys–Glu–Gly. 3 BE
g/mol
e) Bestimmen Sie, wie viele verschiedene Tripeptide sich aus diesen vier Aminosäuren bilden lassen, wenn jede beliebig oft vorkommen darf. 3 BE
f) Beurteilen Sie, welche Bindungen beim Erhitzen eines Proteins auf 90 °C erhalten bleiben. (mehrere Antworten richtig) 4 BE
Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)
Erwartungshorizont:
- a) \(\mathrm{pI} = (2{,}34 + 9{,}69) : 2 \approx 6{,}02\) (3 BE)
- b) Neutralform zwischen den beiden sauren Gruppen: \(\mathrm{pI} = (2{,}19 + 4{,}25) : 2 = 3{,}22\) (3 BE)
- c) pH 6,0 ≈ pI von Gly (5,97) und Ala (6,02): Nettoladung ≈ 0, bleiben am Start. Glu: pH > pI → Anion → Anode. Lys (pI 9,74): pH < pI → Kation → Kathode. (4 BE)
- d) \(146{,}19 + 147{,}13 + 75{,}07 - 2 \cdot 18{,}02 \approx 332{,}4\,\text{g/mol}\) — zwei Peptidbindungen, zwei H₂O. (3 BE)
- e) \(4^3 = 64\) Sequenzen; die Leserichtung N → C macht Lys–Glu–Gly und Gly–Glu–Lys verschieden. (3 BE)
- f) Kovalente Bindungen bleiben: Peptidbindungen (Primärstruktur) und Disulfidbrücken. Wasserstoffbrücken und Ionenbindungen brechen — Sekundär- und Tertiärstruktur gehen verloren (Denaturierung). (4 BE)
AFB I–III
Aufgabe 3: Kohlenhydrate und Fette im Labor
20 BEA3
Kohlenhydrate und Fette
20 BE
Material 3a: Fünf Proben (je 1 g Feststoff in Wasser bzw. aufgeschlämmt) werden untersucht. „+“ positiv, „−“ negativ.
| Probe | Fehling | Iod-KI | GOD-Streifen | Fehling nach Säurehydrolyse |
|---|---|---|---|---|
| A | + | − | + | + |
| B | − | − | − | + |
| C | − | blauschwarz | − | + |
| D | + | − | − | + |
| E | − | − | − | − (unlöslich) |
Material 3b: 5,00 g eines Speiseöls (mittlere molare Masse 884 g/mol) addieren im Versuch 4,40 g Iod; \(M(\ce{I2}) = 253{,}8\,\text{g/mol}\). Außerdem werden 8,10 g Stärke vollständig hydrolysiert; \(M(\ce{C6H10O5}) = 162{,}14\), \(M(\ce{C6H12O6}) = 180{,}16\,\text{g/mol}\).
a) Ordnen Sie den Proben A–E die Stoffe zu. 5 BE
b) Deuten Sie die Fehling-Probe als Redoxreaktion. Wählen Sie die korrekte Aussage. 3 BE
c) Berechnen Sie die Iodzahl des Öls und die mittlere Zahl der C=C-Bindungen je Triglycerid-Molekül. 4 BE
d) Erklären Sie, warum ein Öl mit hoher Iodzahl bei Raumtemperatur flüssig ist. Wählen Sie die zutreffenden Aussagen. (mehrere Antworten richtig) 4 BE
e) Berechnen Sie die Stoffmenge und die Masse der Glucose, die aus 8,10 g Stärke entstehen. 4 BE
mol
g
Lösung anzeigen (nach Auswerten freigeschaltet)
Erwartungshorizont:
- a) A Glucose (reduzierend, GOD +); D Fructose (reduziert Fehling über Endiol-Umlagerung, GOD −); B Saccharose (nicht reduzierend, nach Hydrolyse Invertzucker); C Stärke (Amylose-Helix, nach Hydrolyse Glucose); E Cellulose (unlöslich, β-glykosidisch, wird bei kurzer Säurebehandlung kaum gespalten). (5 BE)
- b) \(\ce{R-CHO + 2 Cu^2+ + 5 OH-}\) \(\ce{-> R-COO- + Cu2O + 3 H2O}\): Oxidationszahl von C1 steigt von +I auf +III (Oxidation), Cu von +II auf +I (Reduktion, ziegelrotes Cu₂O). (3 BE)
- c) Iodzahl = \(4{,}40 : 5{,}00 \cdot 100 = 88\). \(n(\ce{I2}) : n(\text{Fett})\) \(= (4{,}40 : 253{,}8) : (5{,}00 : 884)\) \(\approx 3{,}06\) — im Mittel drei C=C je Molekül (z. B. überwiegend Ölsäure). (4 BE)
- d) Viele cis-Doppelbindungen → Knicke → lockere Packung → schwächere London-Kräfte → niedrige Schmelztemperatur. Fette sind keine Polymere. (4 BE)
- e) \(\ce{(C6H10O5)_n + n H2O}\) \(\ce{-> n C6H12O6}\); \(n = 8{,}10 : 162{,}14 \approx 0{,}0500\,\text{mol}\); \(m = 0{,}0500 \cdot 180{,}16 \approx 9{,}00\,\text{g}\) — die Masse steigt um das eingebaute Wasser. (4 BE)
Ergebnis
Erreicht
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Prozent
0 %
Notenpunkte
—
| Aufgabe | Thema | Punkte |
|---|
Notenpunkte-Schlüssel
| BE | NP | Anteil |
|---|---|---|
| 57 – 60 BE | 15 | ab 95 % |
| 54 – 56 BE | 14 | ab 90 % |
| 51 – 53 BE | 13 | ab 85 % |
| 48 – 50 BE | 12 | ab 80 % |
| 45 – 47 BE | 11 | ab 75 % |
| 42 – 44 BE | 10 | ab 70 % |
| 39 – 41 BE | 9 | ab 65 % |
| 36 – 38 BE | 8 | ab 60 % |
| 33 – 35 BE | 7 | ab 55 % |
| 30 – 32 BE | 6 | ab 50 % |
| 27 – 29 BE | 5 | ab 45 % |
| 24 – 26 BE | 4 | ab 40 % |
| 20 – 23 BE | 3 | ab 33 % |
| 17 – 19 BE | 2 | ab 27 % |
| 12 – 16 BE | 1 | ab 20 % |
| 0 – 11 BE | 0 | ab 0 % |