Sachsen-Anhalt Abitur Chemistry common mistakes
Sachsen-Anhalt Abitur Chemistry · Understand the traps and how to avoid them.
Beim Berechnen des pH-Werts einer schwachen Säure wird die Näherung pH = ½(pKS − lg c0) ungeprüft auf sehr verdünnte oder mittelstarke Säuren angewandt, ohne zu prüfen, ob die Dissoziation gegenüber c0 vernachlässigbar ist.
Die Formel steht in jedem Formelanhänger und wird auswendig eingesetzt; die Vernachlässigung c(HA) ≈ c0 gilt aber nur, wenn der Dissoziationsgrad klein ist. Bei c0 nahe KS oder bei Verdünnung unter etwa 10⁻⁶ mol/L liefert die Näherung falsche Werte, und das Wasser-Autoprotolyse-Gleichgewicht wird zusätzlich ignoriert.
What to do instead
Vor dem Einsetzen den Quotienten KS/c0 abschätzen: liegt er über etwa 0,01, die quadratische Gleichung x² + KS·x − KS·c0 = 0 lösen. Bei sehr kleinen Konzentrationen zusätzlich die Protonen aus dem Wasser berücksichtigen. Die Näherung im Aufschrieb als Näherung kennzeichnen und die Bedingung nennen, unter der sie gilt.
Beim Lösen von Redox-Gleichgewichten im Sauren werden H⁺ und H₂O zum Ausgleichen von O und H vergessen oder auf der falschen Seite ergänzt, sodass die Teilgleichungen nicht ladungsneutral sind.
Kandidaten gleichen nur die Atome der Hauptelemente aus und übersehen, dass in wässriger Lösung Sauerstoff als H₂O und Wasserstoff als H⁺ bilanziert werden muss. Die Ladungsbilanz wird nicht als Kontrollinstrument genutzt, weil sie als bloße Formalität gilt.
What to do instead
Immer in fester Reihenfolge arbeiten: Atome außer O und H, dann O mit H₂O, dann H mit H⁺, zuletzt Ladung mit Elektronen. Nach jeder Teilgleichung die Summe der Ladungen links und rechts explizit aufschreiben und vergleichen. Erst danach die Elektronenzahl durch Multiplikation angleichen und addieren.
Das Prinzip von Le Chatelier wird nur qualitativ als 'Gleichgewicht weicht aus' formuliert, ohne die konkrete Verschiebungsrichtung mit Q- bzw. K-Vergleich oder mit Stoffmengenänderungen zu begründen und ohne Folgen für die Konzentrationen anzugeben.
Die Regel wird als Merksatz gelernt und nicht mit dem Massenwirkungsgesetz verknüpft. Dadurch bleibt unklar, warum Druckerhöhung bei gleicher Teilchenzahl pro Seite wirkungslos ist oder warum ein Katalysator die Lage nicht verschiebt.
What to do instead
Jede Verschiebung über den Vergleich von Reaktionsquotient Q mit K begründen: Q < K bedeutet Verschiebung zur Produktseite. Bei Druckänderung die Summe der Gasstoffmengen auf beiden Seiten vergleichen. Bei Temperaturänderung die Exothermie mit ΔH und die Temperaturabhängigkeit von K verknüpfen. Katalysator explizit als reine Geschwindigkeitsbeeinflussung abgrenzen.
Bei galvanischen Zellen wird die Zellspannung aus den Standardpotenzialen ohne Vorzeichenlogik gebildet, indem beide Werte addiert oder der kleinere vom größeren Betrag abgezogen wird, unabhängig davon, welche Elektrode Kathode ist.
Standardpotenziale werden als Beträge behandelt, und die Konvention E°(Zelle) = E°(Kathode) − E°(Anode) wird mit der Vorzeichenumkehr der Oxidation verwechselt. Die Richtung des Elektronenflusses wird nicht zuerst festgelegt.
What to do instead
Zuerst festlegen, welches Paar das edlere Metall enthält; dieses wird Kathode (Reduktion). Dann E°(Zelle) = E°(Kathode) − E°(Anode) mit den tabellierten Vorzeichen einsetzen. Anschließend Elektronenfluss von der Anode zur Kathode und Ionenwanderung im Salzbrückenraum gegenprüfen. Bei Nicht-Standardbedingungen die Nernst-Gleichung separat ansetzen.
Elektrolyse und galvanische Zelle werden gleichgesetzt, sodass die Zersetzungsspannung mit der Zellspannung der zugehörigen galvanischen Zelle verwechselt und die Rolle von Überspannung ignoriert wird.
Beide Anordnungen enthalten zwei Elektroden in einem Elektrolyten, und die Vorzeichen von Plus und Minus sind vertauscht. Die energetische Umkehr (freie Enthalpie positiv bei der Elektrolyse) wird nicht mitgedacht, und Überspannungen an Gasentwicklungselektroden sind unbekannt.
What to do instead
Für jede Aufgabe zuerst klären, ob elektrische Energie zugeführt oder gewonnen wird. Bei der Elektrolyse die Mindestspannung als Summe der Beträge der Elektrodenpotenziale plus Überspannungen ansetzen und die Vorzeichen der Polung angeben. Die zugehörige galvanische Zelle als Umkehrung beschreiben und die Vorzeichen von ΔG ausdrücklich benennen.
Bei Korrosionsaufgaben wird die Sauerstoffkorrosion ohne die gekoppelten Teilreaktionen an getrennten Orten beschrieben, und der Lokalelement-Charakter mit unterschiedlicher Belüftung oder unterschiedlichen Metallen wird nicht herausgearbeitet.
Korrosion wird pauschal als 'Metall reagiert mit Sauerstoff' erklärt. Die entscheidende Trennung von Anoden- und Kathodenbereich, die Elektronenleitung im Metall und die Ionenleitung im Elektrolytfilm werden nicht als Bedingung für den Angriff erkannt.
What to do instead
Korrosion stets als Kurzschlusszelle darstellen: Oxidation des Metalls an der Anode, Reduktion von O₂ (oder H⁺) an der Kathode, Elektronenfluss im Metall, Ionenfluss im Wasserfilm. Belüftungskorrosion und Kontaktkorrosion über die Potenzialdifferenz begründen und daraus Schutzmaßnahmen (Opferanode, Beschichtung, kathodischer Schutz) mit dem passenden Potenzialbezug ableiten.
Organische Reaktionsmechanismen werden nur als Summengleichung mit Produktnamen notiert, ohne die Elementarschritte mit Elektronenpaarverschiebung, Zwischenstufe und deren Stabilität anzugeben.
Die Mechanismen werden als Textfolge gelernt, und die Pfeilnotation mit gekrümmten Pfeilen wird nicht geübt. Dadurch fehlt das Verständnis, warum S_N1 über ein Carbokation läuft und S_N2 konzertiert ist, und die Stereochemie bleibt unerklärt.
What to do instead
Für jede Reaktion den Mechanismus in Einzelschritten zeichnen: Elektronenpaar-Pfeile vom Nucleophil zum Elektrophil bzw. von der Bindung zum abgehenden Teilchen, Zwischenstufen mit Ladungen, dann Produktbildung. Die Wahl zwischen S_N1, S_N2, E1 und E2 aus Substratklasse, Nucleophilestärke, Basizität und Lösungsmittel begründen und die Stereochemie (Inversion bzw. Racemisierung) aus dem Weg ableiten.
Funktionelle Gruppen werden nur über das Sauerstoff- oder Stickstoffatom erkannt, ohne die Carbonyl-Kohlenstoff-Elektrophilie und die daraus folgende Reaktivität zu verknüpfen; Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren, Ester und Amide werden als gleich reaktiv behandelt.
Die Nomenklatur wird getrennt von der Reaktivität gelernt. Der mesomere und induktive Einfluss des Heteroatoms auf die Elektrophilie des Carbonylkohlenstoffs sowie die Abgangsgruppenqualität werden nicht als Ordnungskriterium verwendet.
What to do instead
Für jede Verbindungsklasse die Elektrophilie am Carbonylkohlenstoff einordnen: Aldehyd reaktiver als Keton, Carbonsäurederivate in der Reihenfolge Säurechlorid > Anhydrid > Ester > Amid. Die Begründung über Mesomeriestabilisierung durch das Heteroatom und über die Abgangsgruppenfähigkeit formulieren. Nucleophile Addition, Substitution und Kondensation danach zuordnen.
Bei kinetischen Auswertungen wird aus Messreihen die Reaktionsordnung geraten oder aus stöchiometrischen Koeffizienten abgeleitet, statt sie aus der Konzentrationsabhängigkeit der Geschwindigkeit zu bestimmen; Halbwertszeiten werden ohne Bezug zur Ordnung verwendet.
Die Reaktionsgleichung legt die Ordnung nicht fest, und der Unterschied zwischen Bruttoreaktion und geschwindigkeitsbestimmendem Schritt wird nicht gesehen. Die Halbwertszeitformel wird für alle Ordnungen gleich angewandt.
What to do instead
Die Ordnung aus Experimenten bestimmen: Anfangsgeschwindigkeit gegen c₀ auftragen oder bei zwei Läufen mit variierter Konzentration den Exponenten berechnen. Die Halbwertszeit der nullten, ersten und zweiten Ordnung mit ihren unterschiedlichen Abhängigkeiten von c₀ gegenüberstellen. Den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt vom vorgelagerten Gleichgewicht unterscheiden und den Katalysator als Wegänderung ohne Änderung von ΔG darstellen.
Bei thermodynamischen Rechnungen werden ΔH, ΔS und ΔG ohne Bezug zueinander und ohne Temperaturabhängigkeit verwendet; die Entropieänderung wird vernachlässigt oder das Vorzeichen von ΔS aus der Reaktionsgleichung nicht hergeleitet.
Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung wird als Formel behandelt, und die Bedeutung von ΔG als Kriterium für Freiwilligkeit bei konstanter Temperatur und konstantem Druck wird nicht mit dem Gleichgewicht verknüpft. Der Entropiebeitrag wird als unwichtig abgetan.
What to do instead
Für jede Reaktion ΔH aus Bindungsenergien oder Standardbildungsenthalpien und ΔS aus der Änderung der Stoffmenge an Gas bzw. der Ordnung der Phasen abschätzen. ΔG = ΔH − T·ΔS mit der gegebenen Temperatur berechnen und das Vorzeichen diskutieren. Die Verbindung zu K über ΔG° = −RT·ln K herstellen und die Temperatur angeben, ab der ein Vorzeichenwechsel eintritt.
Beim Atombau werden Orbitalbesetzung und Bindungsverhältnisse über die Oktettregel statt über das Schalenmodell mit Energieniveaus und Hybridisierung begründet; Mesomerie und Delokalisierung werden nicht als Bindungskonzept eingesetzt.
Die Oktettregel wird als universelles Erklärungsmuster verwendet, und der Übergang von Atomorbitalen zu Molekülorbitalen bzw. Hybridorbitalen wird nicht vollzogen. Dadurch bleiben Ausnahmen wie erweitertes Oktett, Radikale und die Planarität aromatischer Systeme unerklärt.
What to do instead
Elektronenkonfigurationen über das Aufbauprinzip mit Energieniveauschema und Hund-Regel herleiten. Bei Molekülen die Hybridisierung aus der Elektronenpaar-Geometrie ableiten (sp, sp², sp³) und daraus Bindungswinkel und räumliche Struktur begründen. Aromatizität über die Delokalisierung von π-Elektronen und die Hückel-Bedingung erklären, nicht über eine Oktettzählung.