8. Berechnungen zu molaren Größen

a. Bedeutung der chemischen Gleichung

Beispiel: Stickstoff und Wasserstoff reagieren zu Ammoniak

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/V_m 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/V_m 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?