8. Berechnungen zu molaren Größen

a. Bedeutung der chemischen Gleichung

Beispiel: Stickstoff und Wasserstoff reagieren zu Ammoniak

Stickstoff

  +  

Wasserstoff

  →  

Ammoniak

N2

  +  

3 H2

  →  

2 NH3

Anzahl Atome:

2 N- Atome

  +  

(3 · 2) 6 H-Atome

  =  

2 N- + (2 · 3) 6 H-Atome

8 Atome insgesamt

  =  

8 Atome insgesamt

Massen:

2 · 14,0067 u

  +  

6 · 1,0079 u

  =  

2 · 14,0067 u + 6 · 1,0079 u

34,0608 u insgesamt

  =  

34,0608 u insgesamt

34,0608 g insgesamt

  =  

34,0608 g insgesamt

Stoffmengen:

1 mol

  +  

3 mol

    

2 mol

Die chemische Gleichung gibt eine Vielzahl an Informationen über die chemische Reaktion an.
Unter anderem zeigt die Gleichung, dass 1 mol Stickstoff benötigt wird, um vollständig mit 3 mol Wasserstoff zu 2 mol Ammoniak zu reagieren.

Ebenso sieht man aus der Tabelle, dass man 28,0134 g (2 . 14,0067) Stickstoff und 6,0474 g (6 · 1,0079) Wasserstoff braucht, um 34,0608 g Ammoniak zu erhalten.
Da man alle diese Daten berechnen kann, wenn man die chemische Gleichung kennt, ist es ein Leichtes, Berechnungen zu chemischen Reaktionen anzustellen.

b. Berechnungen (Methode der 6 Schritte)

Beispiel:
Eisen verbrennt in Sauerstoff zu Eisenoxid Fe3O4 .
a. Berechne wie viel g Eisen man benötigt, um 15,00 g Eisenoxid zu erhalten!
b. Wie viel L Sauerstoffgas braucht man unter Normbedingungen, um diese Reaktion auszuführen?

Schritt 1: Aufstellen und Einrichten der Reaktionsgleichung und Anschreiben der Größen (? für die unbekannte Größe) 

3 Fe 

  +  

2 O2

  →  

Fe3O4

? g

15,00 g

Schritt 2: Anschreiben des Verhältnisses der Stoffmenge des gesuchten Stoffes zur Stoffmenge des bekannten Stoffes

 n(Fe) 

 n(Fe3O4

 = 

 3 

 1 

Schritt 3: Auflösen nach der Stoffmenge des gesuchten Stoffes

n(Fe) = 3 · n(Fe3O4)

Schritt 4: Muss man Massen berechnen, dann wird n durch m/M ersetzt, muss man jedoch Volumen berechnen, dann wird n durch V/Vm ersetzt

 m(Fe) 

 M(Fe) 

 = 

 3 · m(Fe3O4

 M(Fe3O4

Schritt 5: Auflösen nach der gesuchten Größe
m(Fe) = 

 3 · m(Fe3O4) · M(Fe) 

 M(Fe3O4

Schritt 6: Einsetzen der Zahlenwerte (Einheiten in Klammern) und Berechnung
m(Fe) = 

 3 · 15,00 (g) · 55,8 (g/mol) 

 231,4 (g/mol) 

Durch Ausrechnen und Runden erhält man:

m(Fe) = 10,8|5... ≈ 10,9 g

Es werden etwa 10,9 g Eisen benötigt, um 15,00 g Eisenoxid herzustellen.

Für den zweiten Teil der Aufgabe benutzt man wieder die Methode der 6 Schritte.
b. Wie viel L Sauerstoffgas braucht man unter Normbedingungen, um diese Reaktion auszuführen?

Schritt 1: Aufstellen und Einrichten der Reaktionsgleichung und Anschreiben der Größen (? für die unbekannte Größe) 

3 Fe 

  +  

2 O2

  →  

Fe3O4

? L

15,00 g

Schritt 2: Anschreiben des Verhältnisses der Stoffmenge des gesuchten Stoffes zur Stoffmenge des bekannten Stoffes

 n(O2

 n(Fe3O4

 = 

 2 

 1 

Schritt 3: Auflösen nach der Stoffmenge des gesuchten Stoffes

n(O2) = 2 · n(Fe3O4)

Schritt 4: Muss man Massen berechnen, dann wird n durch m/M ersetzt, muss man jedoch Volumen berechnen, dann wird n durch V/Vm ersetzt

 V(O2

 Vm 

 = 

 2 · m(Fe3O4

 M(Fe3O4

Schritt 5: Auflösen nach der gesuchten Größe
V(O2) = 

 2 · m(Fe3O4) · Vm 

 M(Fe3O4

Schritt 6: Einsetzen der Zahlenwerte (Einheiten in Klammern) und Berechnung
V(O2) = 

 2 · 15,00 (g) · 22,4 (L/mol) 

 231,4 (g/mol) 

Durch Ausrechnen und Runden erhält man:

V(O2) = 2,90|4... ≈ 2,90 L

Es werden etwa 2,90 L Sauerstoff benötigt, um 15,00 g Eisenoxid herzustellen.

c. Aufgaben         

1. Phosphorsäure (H3PO4) reagiert mit Natriumcarbonat zu Natriumphosphat, Kohlenstoffdioxid und Wasser.
a. Wie viel g Natriumcarbonat werden benötigt damit 2,725 g Phosphorsäure vollständig reagieren?















b. Wie viel g Natriumphosphat werden gebildet wenn 9,275 g Natriumcarbonat mit genügend Phosphorsäure reagieren?















2. Bei der Verbrennung von Hexan (C6H14; farblose Flüssigkeit, ρ = 0,653 g/mL) entsteht Kohlenstoffdioxid und Wasser.     
a. Berechne wie viel L Kohlenstoffdioxid unter Normbedingungen entstehen, wenn man 500 ml Hexan verbrennt!















b. Wie viel L Sauerstoffgas (und Luft, 20,946% Sauerstoff) werden unter Normbedingungen bei dieser Verbrennung verbraucht?


















c. Wie viel mL Hexan muss man verbrennen um 50 mL Wasser (ρ = 0,9982 g/mL) zu erhalten?




















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