Stöchiometrie

Das Wort Stöchiometrie entstammt dem griechischen (stocheion= Element, metron= messen). Die Stöchiometrie ist die Lehre der Mengenverhältnisse von Elementen in Verbindungen und der mengenmäßigen Beziehungen zwischen Elementen und Verbindungen bei chemischen Reaktionen. Einfacher gesagt geht es bei der Stöchiometrie um die zahlenmäßigen Gegebenheiten bei chemischen Elementen, Verbindungen und bei chemischen Reaktionen. Zum Beschreiben dieser Gegebenheiten verwendet man die Formelschreibweise:

wörtliche Bedeutung: Eisen und Schwefel reagieren zu Eisensulfid

verkürzte Form: Eisen + Schwefel -> Eisensulfid

Formelschreibweise: Fe + S -> FeS

Eisen und Schwefel reagieren. Mit Hilfe der Stöchiometrie kann man die Mengen, die dabei umgesetzt werden berechnen.

Grundlage der Stöchiometrie sind Daltons Gesetz der konstanten Proportionen, das Gesetz der multiplen Proportionen und das Daltonsche Atommodell. Zur Einführung in die Stöchiometrie sollen erst einmal ein paar Begriffe für das Aufstellen von stöchiometrischen Gleichungen erwähnt werden. Darauf folgen einige Übungsaufgaben. Die Stöchiometrie ist ein sehr weites Feld. Dieser Artikel hat daher nur einführenden Charakter.

Stöchiometrische Begriffe

Element

Elemente enthalten je eine Atomsorte. Das Element Kohlenstoff enthält nur Kohlenstoffatome. Das Element Helium enthält nur Heliumatome. Im Periodensystem sind die Elemente sind die Elemente geordnet.

[Bild 1]

(Relative) Atommasse

Die relative Atommasse ergibt sich aus dem Gewicht eines 12/6 Kohlenstoffatoms. Ein Zwölftel dieser Masse ist die Basis für mittlere Atommassen aller anderen Elemente. Im Periodensystem werden die relativen Atommassen für die entsprechenden Elemente ohne Einheit angegeben. Ein einzelnes Atom eines Elements kann die relative Atommasse des Elements besitzen. Man spricht dann nicht mehr von der relativen Atommasse sondern von der Atommasse des Einzelatoms und verwendet die Einheit u. Dazu ein Beispiel: Das Element Wasserstoff hat die relative Atommasse 1,0079 - Ein Wasserstoffatom hat die Atommasse 1,0079 u

Molekül

Ein Molekül ist ein Teilchen, dass aus mehreren Atomen eines oder mehrerer Elemente besteht. Nur die Edelgase kommen in der Natur als einzelne Atome vor. Alle anderen Elemente kommen in Verbindung aus mehreren Atomen eines oder mehrerer Elemente vor. Ein Form dieser größeren Einheiten sind die Moleküle. Das Wasserstoffmolekül besteht aus zwei fest verbundenen Wasserstoffatomen. Das Sauerstoffmolekül besteht aus zwei fest verbundenen Sauerstoffatomen. Das Trinkalkoholmolekül (Ethanol) besteht aus zwei Kohlenstoffatomen, sechs Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom.

[Bild 2]

Die als Molekül verbundenen Atome verhalten sich wie eine Einheit. Will man ein Molekül als Formel beschreiben, schreibt man das Elementsymbol der Atome mit der jeweiligen Anzahl im Index.

Wasserstoffmolekül = H2 besteht aus 2 verbundenen Wasserstoffatomen

Sauerstoffmolekül = O2 besteht aus 2 verbundenen Sauerstoffatomen

Chlormolekül = Cl2 besteht aus 2 verbundenen Chloratomen

Schwefelmolekül = S8 besteht aus 8 verbundenen Schwefelatomen

Ammoniakmolekül = NH3 besteht aus einem Stickstoffatom, dass mit 3 Wasserstoffatomen verbunden ist

[Bild 3]

Das Gewicht eines Moleküls (Molekülmasse= M) setzt sich aus den Atommassen der Atome zusammen, aus dem es besteht. Ein Molekül Wasser wiegt soviel, wie die Summe zweier Wasserstoffatome und eines Sauerstoffatoms in der Maßeinheit u. M(H2O) = M(H2) + M(O) = 2*1u + 16u = 18 u

Formelschreibweise in der Stöchiometrie

An dieser Stelle ein kleiner Einschub zur Unterscheidung verschiedener Formelarten. Die Bilder des Methanmoleküls und des Ethanolmoleküls auf dieser Seite zweigen die vereinfachte Struktur eines Moleküls an. Die Formel zu dieser Beschreibung nennt man Strukturformel. In der Stöchiometrie reicht es meistens aus die chemische Summenformel anzugeben, in der die beteiligten Atome einfach mit ihrer Menge im Index erwähnt werden. Die räumliche Struktur, die durch die Strukturformel angegeben wird ist für einfache Berechnungen nicht relevant. Für Methan wird daher nur die Formel CH4 verwendet, die keine Aussage über die Struktur macht. Eine weitere Formelform ist die empirische Formel (Verhältnisformel). Wasserstoffperoxid besteht aus zwei Wasserstoffatomen und zwei Sauerstoffatomen. Daraus ließe sich als einfachstes Verhältnis 1:1 eine empirische Formel OH folgern. Für die Stöchiometrie ist es aber wichtig alle teilhabenden Atome zu erfassen, daher verwendet man wie schon erwähnt die Summenformel, die nicht das einfache sondern das tatsächliche Verhältnis beschreibt. Für Wasserstoffperoxid verwendet man also die Formel H2O2 was den tatsächlichen Verhältnissen im Molekül entspricht. Liegt aus der chemischen Analyse nur die empirische Formel einer Verbindung vor lässt sich stöchiometrisch die Summenformel errechnen. Den Aggregatzustand eines Stoffes gibt man ebenfalls im Index mit den Bezeichnungen s= solid=fest, l=liquid=flüssig, g=gas=gasförmig an. Die Bezeichnung aq wird für in Wasser gelöste Stoffe verwendet.

NH3(l) + H2O(l) -> NH4+ (aq) OH- (aq)

Ion/Molekülion

Eine weitere Form größerer Einheiten zu denen sich Atome zusammenlagern sind die Ionen. Ionen sind Atome oder Moleküle, die eine elektrische Ladung haben. Kationen sind positiv geladen. Anionen sind negativ geladen. Ionen können einfach oder mehrfach geladen sein. Die chemischen Hintergründe dazu sind im entsprechenden Artikel des Lexikons erklärt. Die Ladung des Ions schreibt man rechts oben neben das Elementsymbol. Na+ = Natriumkation; Cl- = Chloranion; NH4+ = Ammoniumion; SO42- = Sulfation

Die Ionen die aus lediglich einem Atom bestehen sind einfache Ionen. Man schreibt verkürzt nur Natriumion und Chloridion. Eine Liste mit genauen Bezeichnungen für bestimmte Ionen bietet ein weiterer Artikel des Lexikons. Das Ammoniumion oder Sulfation bestehen aus geladenen Molekülen. Diese geladenen Moleküle nennt man Molekülionen. Will man aus Ionen rechnerisch einen elektrisch neutralen Kristall bilden, müssen die Ladungen sich ausgleichen.

Na+ + Cl- = NaCl

Fe3+ + O2- = 2 Fe3+ + 3O2- = Fe2O3

Die Stoffmenge n

Erste Formeln lassen sich mit dem Wissen über Ionen und Moleküle für bestimmte Reaktionen aufstellen. Die Mengen, die bei Reaktionen umgesetzt werden werden dadurch aber noch nicht erfasst. Man benötigt eine Einheit, da man einzelne Atome die bei einer Reaktion miteinander reagieren unmöglich zählen kann. Will man in der Chemie genaue Mengen angeben muss man dazu eine eigene Größe benutzen, die Einheit der Stoffmenge (n). Eine Stoffmenge wurde 1971 als SI Einheit eingeführt und ist eine festgelegte Menge an Stoff, wie etwa ein Duzend (12 Teile). Die Stoffmenge n hat die Einheit mol. Das Mol steht für eine ziemlich große Menge an Teilchen; eine Stoffportion die der Avogadrozahl an Teilchen entspricht. Die Stoffportion kann dabei aus Atomen, Molekülen oder Ionen bestehen.

Ein Mol ist eine Stoffportion mit genau 6,0221415 x 1023 Teilchen (Avogadrozahl, Lohschmidsche Zahl)

Stoffmenge = 1 n = 1 mol = 6,0221415 x 1023 Teilchen

1 mol Kohlenstoff sind 6,0221 x 1023 Teilchen Kohlenstoffatome

1 mol Wasserstoffatome sind 6,0221 x 1023 Teilchen Wasserstoffatome

1 mol Kohlenstoffdioxid sind 6,0221 x 1023 Teilchen Kohlenstoffdioxid

1 mol Wasserstoffmoleküle sind 6,0221 x 1023 Teilchen Wasserstoffmoleküle

1 mol Natriumionen sind 6,0221 x 1023 Teilchen Natriumionen

2 Mol bezeichnet somit die doppelte Menge an Teilchen, ein halbes Mol die halbe Menge an Teilchen. Doch warum ist eine Stoffportion in der Chemie mit genau 6,0221 x 1023 Teilchen festgelegt? 6,0221 x 1023 Atome sind in genau 12g reinem 12/6 Kohlenstoffisotop und entsprechen damit genau der Masse, die auch die relative Atommasse 1u ausdrückt.

Merke: Ein Mol ist eine Stoffmenge, die aus genau so vielen Stoffteilchen besteht, wie Atome in 12 Gramm des 12/6 Isotop des Kohlenstoffs enthalten sind.

Die molare Masse (M)

Die Masse eines Mols entspricht dem Wert der relativen Atommasse in Gramm bei Atomen und Ionen und der relativen Molekülmasse bei Molekülen und Molekülionen. Man nennt sie Molmasse oder auch molare Masse (M) [g/mol]

1 mol Fe = 55,8 = 55,8g Eisen; 1 mol CO2 = 44 = 44g Kohlenstoffdioxid

1 Kohlenstoffatom hat die Atommasse 12 u - Kohlenstoffatome haben die relative Atommasse 12 - 1 mol Kohlenstoffatome hat die Molmasse 12g/mol

1 Aluminiumatom hat die Atommasse 27 u - Aluminiumatome haben die relative Atommasse 27 - 1 mol Aluminiumatome hat die Molmasse 27g/mol

Merke: Der Zahlenwert der Masse eines Teilchens in u ist identisch mit dem Zahlenwert der Masse von einem Mol der Teilchen in Gramm.

Beispiel: 1 mol Natriumhydroxid hat ein Gewicht von gerundet 40 g/mol

(Natriumhydroxid = NaOH = Na + O + H = 22,9u + 15,9u + 1u = 22,9g + 15,9g + 1g = 39,8g)

Beispiel: 1 mol Wasser hat ein Gewicht von gerundet 18 g/mol

(Wasser = H2O = 2 H + O = 2*1u + 16u = 2g + 16g = 18g)

Die molare Masse wird in Gramm/mol angegeben. Sie kann auch als der Quotient aus Masse und Stoffmenge eines Stoffes angegeben werden

M=m/n

M = Molmasse; m = Masse (g); n = Stoffmenge (mol)

Beispiele:

1 mol NaOH hat eine molare Masse von 39,8 g/mol

2 mol NaOH haben eine molare Masse von 39,8 g/mol und eine Masse von 79,6 g

3 mol NaOH haben eine molare Masse von 39,8 g/mol und eine Masse von 119,4 g

Aus der Formel M=m/n lässt sich die Masse eines Stoffes oder seine Stoffmenge errechnen.

Beispiel: Wie viel Gramm wiegen 0,2500 mol Wasser?

MWasser = 18 g/mol (gerundeter Wert); nWasser = 0,2500 mol

M=m/n umstellen nach m: m=M*n=18g/mol*0,2500mol=4,5g. 0,2500 mol Wasser wiegen also 4,5g

Beispiel: Wie viele Wassermoleküle sind in einem Liter Wasser enthalten?

1 Liter = 1000 ml = 1000g

MWasser = 1000g; MWasser = 18 g/mol

M=m/n umgestellt nach n: n=m/M. Die Stoffmenge beträgt 55,55 mol

Ein Liter Wasser enthält 55,5 mol Wassermoleküle. Nimmt man diesen Wert mal der Lohschmidschen Zahl (6*1023) erhält man die genaue Teilchenanzahl von 3,33*1025. Diese hohe Menge macht klar, warum man lieber mit einfacheren Molwerten rechnet, als mit der genauen Teilchenanzahl

Molares Volumen (Vm)

Amadeo Avogadro stellte 1811 ein Gesetz auf, nach dem in gleichen Volumen von Gasen bei gleicher Raumtemperatur und gleichem Druck immer die gleiche Zahl an Teilchen vorhanden sind.

Das Molvolumen, also das Volumen, dass 6,0221 x 1023 Teilchen eines beliebigen Stoffes im Gaszustand einnehmen, ist bei bestimmten Umgebungsbedingungen (gleicher Druck und gleiche Temperatur) immer gleich.

Das Molvolumen von 6,0221 x 1023 Teilchen (1 mol) im Gaszustand (ideales Gas) beträgt bei 0°C und 101,325 KPa immer 22,415 Liter. Bei zunehmender Wärme nimmt das Volumen zu. Bei Rechnung verwendet man gängiger Weise Werte bei Raumtemperatur. Bei 20° Celsius beträgt das molare Volumen aller Gase 24 l/mol. 2 Liter Wasserstoff enthalten demnach genau doppelt so viele Teilchen, wie ein Liter Wasserstoff. 24 Liter (1mol) Wasserstoffgas bei 20°C wiegen 2 Gramm, was der molaren Masse eines Wasserstoffmoleküls entspricht. Mathematisch ist das Molvolumen ein Volumen pro Stoffmenge, Vm=V/n. Die Einheit des molaren Volumens ist Liter/mol.

Konzentration (c) von Lösungen

Bei Lösungen ist es gut zu wissen, wie viel Mengen an gelöstem Stoff sich in der Lösung befinden. Man bestimmt dazu die Konzentration (früher auch Molarität genannt) der Lösung. Die Konzentration (c) ist die Stoffmenge eines gelösten Stoffes pro Volumen einer Lösung: c=n/V.

Gängiger Weise verwendet man Wasser als Lösemittel und bezieht die Molarität auf einen Liter. Zum Ausdruck einer Lösung mit einer gelösten Stoffmenge verwendet man das Adjektiv "molar".

c=n/V=mol/l

In einer 1 molaren (1M) Kochsalzlösung sind 1 mol Salzionen (Na+ + Cl-) auf einen Liter Wasser gelöst. In einer 2 molaren (2M) Schwefelsäurelösung sind 2 mol Schwefelsäuremoleküle auf einen Liter Wasser gelöst. In einer 2,5 molaren (3M) Salzsäurelösung sind 2,5 mol Chlorwasserstoffmoleküle auf einen Liter Wasser gelöst. In einem Liter einer 1 molaren (1M) Kochsalzlösung sind 1 mol/l Salzionen gelöst. Somit befinden sich gerundet 58 g/mol Natriumchlorid in einem Liter der Lösung. In einem Liter einer 2 molaren (2M) Kochsalzlösung sind 2 mol/l Salzionen gelöst. Somit befinden sich gerundet 116g Natriumchlorid in einem Liter der Lösung.

Ansetzen von Lösungen

Praktisch lässt sich mit der Konzentrationsformel eine Vielzahl von Lösungen im Laboralltag ansetzen.

Wie viel Gramm Kaliumhydroxid benötigt man, um 430 ml 0,4 molare Kalilauge herzustellen.

MKOH = 56 g/mol; V = 0,43l; c = 0,4mol/l

c=n/V, umgestellt nach n: n=V*c

nKOH = 0,172 mol

M=m/n, umgestellt nach m: m=M*n

mKOH = 9,63 g

Aus der Konzentrationsformel kann durch umstellen die Stoffmenge von Kaliumhydroxid errechnet werden. Aus der Stoffmenge kann mit Hilfe der Formel für die molare Masse das Gewicht errechnet werden, dass das Kaliumhydroxid in der Lösung einnimmt. Mengen an Stoffen, die man Lösungen zugibt beziehen sich auf einen Liter Lösung und nicht auf einen Liter Lösungsmittel! Das Kaliumhydroxid im Beispiel wird also nicht zu 430 Milliliter Wasser hinzugegeben sondern auf 430 Mililiter aufgefüllt. In der Praxis verwendet man dazu Messkolben in denen man Stoffe erst in weniger Lösungsmittel löst und dann bis zur gewünschten Marke auffüllt.

[Bild 4]

Das Beispiel des Kaliumhydroxids ist ein einfaches Beispiel für die Herstellung von Lösungen, weil man hier die Grammzahl der Feststoffes der Lösung hinzugeben kann. Schwieriger ist es im Laboralltag aus bestehenden Lösungen verdünnte Lösungen herzustellen. Beispielsweise wird Salzsäure im Handel meist in 37% Lösung verkauft. Möchte man eine geringere Lösung ansetzen muss man diese konzentrierte Lösung verdünnen.

[Bild 5]

Um die Verdünnung einer konzentrierteren Lösung auf eine bestimmte Konzentration durchzuführen sollte man zuerst die Konzentration der konzentrierten Säure kennen und eine bestimmte Menge davon abmessen. Aus der Formel für die Konzentration ergibt sich, dass die Stoffmenge in Lösungen durch die Gleichung n=c*V berechnet werden kann. Verdünnt man eine bestehende Lösung bleibt die Stoffmenge in der Lösung gleich. Für die Konzentration ergibt sich die bekannte Gleichung: c=n/V

Wie eben erwähnt lässt sich n aus dem Volumen und der Konzentration der Ausgangslösung errechnen.

c2=c1*V1/V2

In dieser Gleichung ist meist das Ausgangsvolumen (V1) bekannt; man hat es ja abgemessen. Auch die Konzentration 1 ist bekannt. Die Konzentration 2 ist der Wert den man herstellen möchte. Lediglich das Volumen 2 ist unbekannt. Dieses Volumen muss die Lösung haben, um die gewünschte Konzentration 2 zu haben. Man stellt die Gleichung nach V2 um.

V2=c1*V1/c2

Für beispielsweise 1 molare Salzsäure(c2 = 1 Mol/l) müssen 50 ml (V1 = 0,05l ) 10 molare Salzsäure (c1 = 10 Mol/l) auf 500 ml (V2) verdünnt werden.

Prozentuale Zusammensetzung von Verbindungen

Mit Hilfe des Gesetzes zur Bestimmung der Molmasse lassen sich Verbindungen und Moleküle auf ihre Massenanteile hin untersuchen. Bekannt sein dafür muss lediglich die genaue chemische Summenformel einer Verbindung. Die Indizes in der Formel geben die Stoffmengen der einzelnen Elemente in mol an. Die Molmasse der Elemente lässt sich einfach aus der relativen Atommasse des Elements ableiten. Aus diesen Werten lässt sich die Masse der einzelnen an der Verbindung beteiligten Elemente errechnen und daraus auch die prozentuale Zusammensetzung. Wieder macht ein Beispiel den Vorgang deutlich:

Wie viel Prozent Eisen ist in Eisen(III)oxid (Fe2O3) enthalten?

Die Indexzahl (rot markiert) in der Formel gibt die Anzahl der Mole an aus denen die Verbindung gebildet wurde.(Fe2O3) Ein Mol Eisen(III)oxid ist eine Verbindung von 2 Mol Eisenatomen und 3 Mol Sauerstoffatomen.

nFe = 2 mol; MFe = 56g/mol

m=M*n

mFe= 112 g

nO = 3 mol; MO=16g/mol

m=M*n

mO= 48 g

Hat man die Massen für Eisen und Sauerstoff in der Verbindung ermittelt erhält man durch die Addition der beiden Wert das Gesamtgewicht der Verbindung.

m0 + mFe = mEisenoxid = 48g + 112g = 160g

Mit Hilfe des Dreisatzes kann man aus dem Gesamtgewicht und den Einzelgewichten die prozentuale Verteilung errechnen.

160g = 100%

112g = 70%

48g = 30%

Eisen(III)oxid enthält 70% Eisen- und 30% Sauerstoffatome.

Stoffumsatz bei chemischen Reaktionen

Weitere Verwendung findet die Stöchiometrie bei der Berechnung des Stoffumsatzes bei chemischen Reaktionen. Chemische Reaktionen werden wie schon erwähnt durch die Reaktionsgleichung und Summenformeln ausgedrückt.

Fe + S -> FeS

Der Reaktionspfeil steht für den Begriff "reagiert zu". Vor dem Reaktionspfeil stehen die Ausgangsstoffe einer Reaktion (Reaktanden oder Edukte), hinter dem Reaktionspfeil stehen die Endstoffe einer Reaktion (Produkte). Die Reaktionsgleichung gibt auf molekularer Ebene an, wie viele Atome oder Moleküle mit anderen zu einer neuen Verbindung reagieren. Diese einfachen Mengen lassen sich mit der Avogadrozahl multiplizieren und somit auch auf Stoffmengen beziehen. Das Eisensulfitbeispiel sagt also nicht nur aus, dass ein Eisenatom mit einem Schwefelatom reagiert sondern auch das ein Mol Eisen mit einem Mol Schwefel ein Mol Eisensulfid ergibt. Die Reaktion gibt ein Verhältnis (hier 1:1) an, wonach auch 2 Mol Eisen mit 2 Mol Schwefel zwei Mol Eisensulfid, usw. ergeben würden. Das Gesetz der Erhaltung der Masse muss dabei natürlich erfüllt sein, d.h. die Reaktionsgleichung muss ausgeglichen sein. Die Anzahl der Edukte auf linken Seite müssen sich auch auf der rechten Seiten wieder finden um stöchiometrisch richtig zu sein. Aus den Stoffmengen der Gleichung lässt sich errechnen, wie viel Gramm bei der Reaktion idealerweise umgesetzt werden.

Beispiel: Wie viel Gramm Eisen und Schwefel müssen vermischt und zu Reaktion gebracht werden um einen molaren Stoffumsatz zu haben? Wie viel Gramm Eisensulfid entstehen?

MFe = 56g/mol; MS = 32g/mol; n = 1mol

M=m/n, umgestellt nach m: m=M*n

mFe = 56g; mS = 32g; mFeS = 88g

Es müssen 56 Gramm Eisen und 32 Gramm Schwefel vermischt werden. Aus ihnen entstehen 88 Gramm Eisensulfid. Aus dem Verhältnis zwischen Stoffmenge und Masse ergibt sich, dass 5,6 Gramm und 3,2 Gramm auch einen kompletten Stoffumsatz zu 8,8g ergeben. Die Mengen entsprechen 0,1 mol der Stoffe. Die ermittelten Mengen sind die optimalen Mengen für die Reaktion. Oft entsprechen die verwendeten Mengen bei chemischen Reaktionen nicht den optimalen Mengen. Nimmt man mehr Eisen oder weniger Schwefel als das Verhältnis ergibt bleibt Eisen über. Ist ein Stoff bei einer Reaktion in geringerer Menge vorhanden, als für einen optimalen Stoffumsatz benötigt nennt man ihn den begrenzenden Reaktanden der Reaktion. Nach ihm richtet sich der Stoffumsatz bei der Reaktion. Ist er nicht mehr vorhanden stoppt die Reaktion.

Übungsaufgaben

Aus obigen Gleichungen lässt sich eine Vielzahl von Rechnungen rund um chemische Reaktionen entwickeln. Einige typische Beispiele werden im Folgenden erläutert. Als Hilfe sind hier die wichtigsten Formeln und Fakten zu Berechnung noch einmal aufgelistet:

[Bild 6]

Was ist schwerer, 1 mol Schwefelsäure oder 1 mol Natriumchlorid?

M=m/n

Diese Formel stellt man in Richtung Masse um. Es ergibt sich M*n=m Aus den Molmassen der Schwefelsäure (M=98g/mol) oder der Natriumchlorid (M=58g/mol) und den Stoffmengen von einem Mol ergeben sich die Massen mSchwefelsäure= 98g und mNatriumchlorid=58g. Aus der molaren Masse war das schon ersichtlich, da diese ja die Masse pro Mol angibt.

Welche Molare Masse hat Nitroglycerin C3H5(NO3)3?

Die Molare Masse von Nitroglycerin ergibt sich aus den relativen Atommassen der einzelnen Atome, die im Nitroglycerinmolekül verbunden sind. Die Werte der Relativgewichte lassen sich aus dem Periodensystem entnehmen. Nitroglycerin hat eine molare Masse von 227g/mol

Welche Stoffmenge haben 50g Nitroglycerin?

M=m/n

Diese Formel umgestellt ergibt n = m/M. Bekannt ist die Masse und die Molmasse, die sich aus den Relativgewichten der Atome des Moleküls ergibt (M=227g/mol). Die Stoffmenge von 50g Nitroglycerin ist danach 0,22 Mol.

Stelle die Reaktionsgleichung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser auf. Wie viel Gramm Wasserstoff wird für die Reaktion von 5 Gramm Sauerstoff gebraucht? Wie viel Wasserstoff wird für die Reaktion von 5 Gramm Sauerstoff gebraucht? Wie viel Gramm Wasserstoff wird für die Reaktion von 5 Liter Sauerstoff gebraucht.

2H2 + O2 -> 2H2O

Die Reaktionspartner reagieren in einem molaren Verhältnis von 2 zu 1. Zwei Anteile Wasserstoff reagieren mit einem Anteil Sauerstoff. Aus der Masse des Sauerstoffs lässt sich die zugehörige Stoffmenge errechnen in dem man M=m/n umstellt. Aus der Gleichung m/M=n lässt sich mit der molaren Masse des Sauerstoffs (M= 32g/mol) und der Masse (m = 5g) die Stoffmenge n= 0,156 mol errechnen. Nach dem Reaktionsverhältnis wird die doppelte Menge Wasserstoff bei der Reaktion umgesetzt (nWasserstoff = 2*nSauerstoff = 0,312). Die Stoffmenge an Wasserstoff in dieser Reaktion von 0,312 Mol lässt sich mit obiger Formel in die Masse des Wasserstoffs umrechnen, wenn man die Formel nach m umstellt (m = M*n). Die molare Masse des Wasserstoffmoleküls ergibt sich aus dem zweifachen Relativgewicht des Wasserstoffs (MH2= 2 g/mol). Für die Masse von 0,3125 mol Wasserstoffgas ergibt sich der Wert 0,625.

Fünf Liter Sauerstoff enthalten eine bestimmte Stoffmenge Sauerstoffmoleküle. Das molare Volumen von Gasen beträgt bei 20°C und normalem Luftdruck 24l/mol. Aus diesen Werten (V=5 Liter, VM= 24/mol) lässt sich über die Gleichung Vm=V/ndurch umstellen nach n (n=V/Vm) die Stoffmenge 0,208 mol errechnen. Wasserstoffmoleküle werden in der Reaktion in der doppelten Menge verbraucht (nH2 = 2*nO2=0,41 mol). Mit oben schon verwendeter Formel (m=M*n) lässt sich die gesuchte Masse des Wasserstoffs errechnen. (m = 0,83g)

Stelle die Reaktionsgleichung von Kaliumpermanganat und Salzsäure auf. Wie viel Liter Chlor entstehen aus 2 Gramm Kaliumpermanganat? Ist der MAK Wert (1,5mg/m3) für einen 300 m3 großen Raum überschritten? Wie viel Salzsäure darfst du maximal nehmen, wenn du 5 Liter Chlor erzeugen willst?

2 MnO4- + 10 Cl- + 16H3O+ -> 2Mn2+ + 5Cl2 + 24 H2O

Die Verhältnisse der Reaktion sind 1:5 von MnO4- und Cl-, 1:2,5 von MnO4- und Cl2 und 2:1 von Cl- und Cl2. Aus 2 Gramm Kaliumpermanganat lässt sich durch umstellen der Formel für die molare Masse die Stoffmenge von n= 0,01 mol errechnen. Kaliumpermanganat steht in der Reaktion im Verhältnis von 1 zu 2,5 Chlormolekülen. Die entstehende Stoffmenge an Chlorgas ist 2,5 mal höher, als die des Kaliumpermanganats und hat damit einen Wert von 0,025 mol. 0,025 mol Chlorgas nimmt ein bestimmtes Volumen ein. Ein Mol eines Gases nimmt bei 20°C ein Volumen von 24 Litern ein. Aus der Gleichung zu Errechnung des molaren Volumens lässt sich mit der Chlorgasstoffmenge und dem molaren Volumen durch Umstellen das Volumen der Chlorgasmenge ermitteln. 0,025 mol nehmen bei 20°C 0,6 Liter bzw. 600 Milliliter ein.

Der MAK Wert für Chlorgas liegt bei 1,5mg/m3. Das Volumen und die entstehende Stoffmenge haben wir eben berechnet. Aus der Stoffmenge und der Molmasse (M=70g/mol) lässt sich das Gewicht der Chlorstoffportion ermitteln. Man stellt dazu die Formel für die Molmasse um und erhält einen Wert von 1,75g bzw. 1750 mg. Für einen Raum von 300m3 gilt, dass 1750mg in diesem Raum verteilt werden. Pro Quadratmeter sind das (1750/300) 5,83 mg. Damit ist der MAK Wert schon bei Einsatz von 2 Gramm Kaliumpermanganat überschritten. Der Versuch muss im Abzug oder im Freien gemacht werden.

Möchte man maximal 5 Liter Chlor erzeugen errechnet man aus der Gleichung für das molare Volumen die Stoffmenge, die in 5 Litern Chlor enthalten ist. Bei 20°C sind 0,208 mol in 5 Litern Chlor enthalten. Um diese Stoffmenge Chlor herzustellen muss man die doppelte Menge Chloridionen aufwenden, was sich aus der Reaktionsgleichung ergibt. Dies entspricht 0,416 mol Chloridionen. Die Stoffmenge an Chloridionen kann mit der Stoffmenge an Salzsäure in einer Lösung gleichgesetzt werden. Beim Auflösen von Chlorwasserstoff in einer Lösung entspricht die Menge des herein gegeben Chlorwasserstoffs auch der Menge der Chloridionen. Man benötigt demnach maximal eine 0,416 molare Salzsäure zur Herstellung von maximal 5 Litern Chlorgas. Diese Stoffmenge kann über die molare Masse von Chlorwasserstoff auch in eine Masse umgerechnet werden und in prozentualer Lösung ausgedrückt werden. Eine 0,416 molare Salzsäure entspricht 100ml einer 14,9 %igen Salzsäurelösung.

Was ist ein Molekül, was ein Ion?

Ein Molekül ist ein Teilchen, dass aus mehreren Atomen eines oder mehrerer Elemente besteht. Ein Ion ist ein geladenes Atom.

Was ist ein Molekülion?

Ein Molekülion ist ein geladenes Molekül.

Wie stellt man 1 molare Salzsäure und 1 molare Natronlauge her?

Zur Herstellung von 1 molarer Natronlauge gibt man ein Mol Natriumhydroxid in etwas Wasser und füllt auf einen Liter auf. 1 Mol hat die molare Masse, die sich aus dem Relativgewicht der Bestandteile von Natriumhydroxid errechnet. Aus dem Periodensystem lassen sich die Werte zusammenrechnen: MNaOH= Na + O + H = 23 + 16 + 1 = 40 g/mol Man gibt 40 Gramm Natriumhydroxid in Wasser und füllt auf einen Liter auf. Salzsäure kann auf diesem Wege ohne technische Apparaturen nur schwer hergestellt werden. Chlorwasserstoff liegt gasförmig vor und kann ohne entsprechende Technik schwer mengenmäßig erfasst werden. Man stellt verdünnte Lösungen aus konzentrierteren Lösungen der Säure her. Zur Herstellung von ein molarer Salzsäure verwendet man die Formel:

V2=c1*V1/c2

Es sollte dafür eine Menge(V1) mit Lösung bekannter Konzentration(c1) verwendet werden. Klar ist, dass diese Lösung stärker als die gewünschte 1 molare Salzsäure (c2) sein muss. Setzt man die Werte in die Gleichung ein erhält man den Volumenwert, auf den man die Lösung verdünnen muss. Nehmen wir 20ml 12 Molare Salzsäure (entspr. 36,5 % Salzsäure) muss diese auf 240 ml auffüllen.

Berechne die molare Konzentration von 10% Salzsäure.

10%ige Salzsäure enthält 10 Massenprozent Chlorwasserstoff und 90 Massenprozent Wasser. Anders ausgedrückt sind in 100 ml Wasser 10 Gramm Chlorwasserstoff enthalten. Rechnet man auf einen Liter hoch sind in einem Liter 10% Salzsäure 100 Gramm Chlorwasserstoff enthalten (mHCl= 100g). Aus diesem Wert für die Masse und dem Wert für die molare Masse, die man aus den Relativgewichten im Periodensystem errechnen kann (MHCl=36,5g) kann mit Hilfe der Gleichung für die molare Masse die Stoffmenge errechnet werden. Man stellt sie nach n um: n= m/M

Es ergibt sich eine Stoffmenge von 2,739 mol bzw. eine Konzentration von 2,739 mol/l

Was ist das das Relativgewicht?

Das Relativgewicht ist das relative Gewicht eines Elements oder einer Verbindung im Bezug auf 1/12 von 12g des 12C Kohlenstoffisotops. Es ist relativ, weil sein Gewicht nur in Bezug auf die Masse des Kohlenstoffisotops errechnet ist. Das Relativgewicht wird ohne Einheit angegeben.

Was ist ein u?

Ein u ist die Einheit der Atommasse. Die Atommasse bezieht sich auf ein Atom und entspricht dem Wert des Relativgewichts des Elements in der Einheit u.

Was ist ein Mol?

Ein Mol ist eine Stoffmenge, die aus genau so vielen Stoffteilchen besteht, wie Atome in 12 Gramm des 12C Isotop des Kohlenstoffs enthalten sind. Ein Mol ist eine Stoffportion mit genau 6,0221415 x 1023 Teilchen

Wie schwer ist ein Mol?

Das Gewicht eines Mols ist stoffabhängig. Die Einheit Mol kann auf Atome oder andere vorher definierte Teilchen angewendet werden. Das Gewicht eines Mols eines Stoffes ergibt sich aus seiner molaren Masse.

Wie groß ist das Volumen von einem Mol Gas?

Das Volumen von einem Mol eines Stoffes im gasförmigen Zustand ist abhängig vom Umgebungsdruck und der Umgebungstemperatur. Bei normalem Luftdruck und 20° Raumtemperatur nimmt ein Mol eines beliebigen Stoffes ein Volumen von 24 Liter/Mol ein.

Ist ein Kilo Chlor schwerer als ein Mol Wasserstoff?

Die molare Masse von Wasserstoff ist 2g/mol. Ein Mol Wasserstoff wiegt also 2 Gramm. Damit ist ein Mol Wasserstoff wesentlich leichter, als ein Kilogramm Chlor.

Ist ein Mol Chlor schwerer als ein Mol Wasserstoff?

Die molare Masse von Chlor ist 70g/mol. Ein Mol Chlor wiegt demnach 70 Gramm. Aus voriger Aufgabe ist bekannt, dass ein Mol Wasserstoff nur 2 Gramm wiegt. Ein Mol Chlor ist deutlich schwerer, als ein Mol Wasserstoff.

Welche molare Masse besitzt Traubenzucker (C6H12O6)?

Die Molare Masse ergibt sich aus den Relativgewichten der beteiligten Elemente. Traubenzucker hat eine molare Masse von 180 g/mol.

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