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
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
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
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
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?