Das Berechnen von Stoffmengen in der Chemie ( Stöchiometrisches Rechnen)

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1 Das Berechnen Stoffmengen in der Chemie ( Stöchiometrisches Rechnen) Kapitel I: Grlagen 1A Damit man die Zusammensetzung Stoffen schnell, eindeutig übersichtlich angeben kann, haben die Chemiker (insbesondere J. Berzelius) schon vor 200 Jahren die noch heute verwendete chemische Kurzschreibweise (chemische Symbole Formeln) erfen. Kennst du die Bedeutung der folgenden Abkürzungen: Zn, CuSO 4, NaCl, C, MgO, H 2 O? Wenn du dir nicht sicher bist, blättere zu 1D Wenn du dir sicher bist, gehe zu 7A 1B 2A, 7A 2E Für welche der unten stehenden Lösungen hast du dich entschieden? 1. Pb, N, C, S Fe sind Abkürzungen für Elemente. CaCO 3, CuSO 4, NaCl, MgO H 2 O sind Abkürzungen für Verbindungen. 3A 2. N, C S sind Abkürzungen für Elemente, Pb, CaCO 3, CuSO 4, NaCL, MgO, Fe H 2 O sind Abkürzungen für Verbindungen. 2E 3. Ich habe eine andere Antwort. 5B 1C 1D 1A Hier bist du wohl falsch gelandet! Die chemischen Symbole Formeln sind die Abkürzungen für Elemente Verbindungen. Merke: Alle Stoffe setzen sich aus den kleinsten Bausteinen, den Atomen zusammen. Besteht ein Stoff nur aus gleichartigen Atomen, so handelt es sich um ein chemisches Element (du findest alle chemischen Elemente im Periodensystem!). Sind verschiedenartige Atome miteinander verben, so handelt es sich um Verbindungen. Welche der folgenden 4 Aussagen ist richtig? Die Abkürzung für ein bestimmtes chemisches Element besteht aus einem Großbuchstaben 2. einem Großbuchstaben einem Kleinbuchstaben 3. einem Großbuchstaben 2 Kleinbuchstaben 4. zwei Großbuchstaben. Tipp: Schreib dir die Nummer auf. Wenn du dir total unsicher bist, wirf einen Blick ins Periodensystem im Chemiebuch! 2A 1E 3B Wie lautet deine Antwort: a) H-Atome : S-Atome : O-Atome = 2 : 1 : 4 2C b) H-Atome : S-Atome : O-Atome = 2 : 0 : 4 4A

2 2A 1D 5B Richtig ist: Hattest du das richtig? Wenn nicht, schau noch einmal ins Periodensystem (PSE). Also, Elemente werden entweder mit 1Großbuchstaben oder mit 1 Großbuchstaben 1 Kleinbuchstaben abgekürzt. Fertige nun folgende Tabelle an: Elemente Verbindungen 2B 6A 2C 1E 2D 3D Ordne jetzt die Stoffe in der Tabelle ein: Pb, N, CaCO 3, CuSO 4, C, NaCl, MgO, S, Fe, H 2 O 1B Deine Antwort ist leider falsch. Laut internationaler Vereinbarung gehört die tiefer gesetzte Zahl zu dem vor ihr stehenden Elementsymbol. Beim Wasser H 2 O gehört die 2 zum H, also zum Wasserstoff. Daraus folgt, dass beim Wasser doppelt so viele...atome wie...atome geben sind. 3B Richtig! Bei der Schwefelsäure H 2 SO 4 ist das Zahlenverhältnis H-Atome : S-Atome : O-Atome = 2 : 1 : 4 Entscheide dich nun für eine der folgenden Behauptungen: Die Formel einer Verbindung gibt an, a) in welchem Zahlenverhältnis die Atome der verschiedenen Elemente miteinander verben sind, 5D b) welchen Elementen Atome in der Verbindung geben sind, 3C c) welchen Elementen Atome in welchem Zahlenverhältnis die Atome der verschiedenen Elemente miteinander verben sind. 5A 1. Im Propan sind Atome der Elemente Kohlenstoff Wasserstoff miteinander verben. 2. Die Elemente Kohlenstoff Wasserstoff sind im Verhältnis 3 : 8 geben. 3. Ein Propanmolekül besteht aus 3 Kohlenstoff- 8 Wasserstoffatomen. Wenn du alle 3 Punkte (nicht wortwörtlich, aber vom Sinn her) richtig genannt hast, gehe zu 4C Wenn deine Antwort nicht vollständig ist, lies dir 3B, 5A 3D noch einmal durch komm hierher zurück. 2E 1B Es gibt über 100 verschiedene Elemente (s. Periodensystem im Chemiebuch!). das Alphabet hat aber nur 26 Buchstaben. Daher kann man nicht jedem Element nur 1 Buchstaben zuordnen. Die Abkürzungen für einzelne Elemente können deshalb entweder aus 1 Großbuchtaben allein oder 1 Großbuchstaben 1 Kleinbuchstaben bestehen. 1B

3 3A 1B Richtig! Abkürzungen für die Elemente bezeichnen wir in Zukunft immer als Elementsymbole. Abkürzungen für Verbindungen setzen sich aus 2 oder mehr Elementsymbolen zusammen, zum Beispiel: Atome der Elemente Natrium Na Chlor Cl sind in der Verbindung Natriumchlorid NaCl miteinander verben. Abkürzungen aus 2 oder mehr hintereinander geschriebenen Elementsymbolen bezeichnet man als... einer Verbindung. Den fehlenden Ausdruck kennst du bestimmt! Schreib ihn dir auf gehe weiter zu 4B, auch wenn dir der Begriff grade nicht einfällt! 3B 6A In der Verbindung Wasser sind doppelt so viele Wasserstoffatome wie Sauerstoffatome miteinander verben. Die einem Elementsymbol folgende, etwas tiefer gesetzte Zahl, heißt Indexzahl. Merke: Die Indexzahlen in einer Formel geben an, in welchem Zahlenverhältnis die Atome der verschiedenen Elemente miteinander verben sind. Schwefelsäure hat die Formel H 2 SO 4. (H für Wasserstoff, S für Schwefel O für Sauerstoff). In welchem Zahlenverhältnis sind Wasserstoff-, Schwefel- Sauerstoffatome in der Schwefelsäure geben? H-Atome : S-Atome : O-Atome =... :... :... 1E 3C 2C 3D 5A 3E 6D 9A Die Behauptung ist unvollständig. Eine Formel enthält 2 Informationen. Die 1. Info betrifft die Elementsymbole ihre Bedeutung. Die 2. Info die Indexzahlen damit das Zahlenverhältnis, in dem die Atome miteinander verben sind! Noch einmal zu 2C Moleküle Das Propangas (besser bekannt als Heizgas) besteht natürlich auch aus Molekülen. Propan hat die Formel C 3 H 8. Welche Informationen gibt dir diese Formel? 2D Die Atome eines Elements haben die gleiche Masse. Die Atome verschiedener Elemente haben dann natürlich verschiedene Massen. 5C

4 4A 1E 4B 3A 1E 4C 2D H-Atome : S-Atome : O-Atome = 2 : 0 : 4 ist falsch. Das würde ja bedeuten, dass in der Schwefelsäure null O-Atome sind! Vielleicht hat dich irritiert, dass beim Schwefel (S) keine Indexzahl steht? Hat in einer Formel ein Element keine Indexzahl, so bedeutet das, dass dem Element pro Formel nur 1 Atom geben ist. Dann wird die Indexzahl einfach weggelassen. (Wie in der Mathematik bei der Variablen X, du schreibst meist nur x eher selten 1x). Aber zurück zur Schwefelsäure H 2 SO 4. Bitte schreib noch mal das Zahlenverhältnis auf: H-Atome : S-Atome : O-Atome =... :... :... 2C chemische Formel Mit der chemischen Formel, meist nur als Formel bezeichnet, beschäftigen wir uns jetzt ausführlicher. H 2 O ist die Formel der Verbindung Wasser. Aus dieser Formel können wir ablesen, welchen chemischen Elementen Atome im Wasser enthalten sind. Im Wasser sind Atome der Elemente enthalten. 6A Wir fassen zusammen: Alle Stoffe setzen sich aus den kleinsten chemischen Bauteilen, den Atomen zusammen. Besteht ein Stoff nur aus gleichartigen Atomen, so ist er ein Element (auch elementarer Stoff genannt). Besteht er aus verschiedenartigen Atomen, so ist der Stoff eine Verbindung. Jedes Element kann durch ein Elementsymbol abgekürzt werden. Verbindungen werden durch die chemische Formel abgekürzt, die aus mehreren Elementsymbolen besteht. Die Formel gibt an: 1. welche Elemente 2. in welchem Zahlenverhältnis die Atome der verschiedenen Elemente in dieser Verbindung miteinander verknüpft sind 3. Sie gibt auch an, wie viele Atome jedem Element in einem Molekül verben sind. Hier machst du nun besser eine Pause! 4D 8C Danach gehe zu Die Massen der Atome sind sehr klein. Um die Massen übersichtlich einfach auszudrücken, braucht man eine sehr kleine Masseneinheit. 6D Nimmt man die Masse 1 Atom des leichtesten Elements, so bekommt man für alle anderen Elemente Zahlen, die größer als 1 sind. Welches Element hat die leichtesten Atome? 7D 4E 9E a) 1g = 6,022 x u 6B b) Meine Antwort ist anders. 11B

5 5A Prima! Merke: Die Formel einer Verbindung gibt an, welchen Elementen Atome in welchem Zahlenverhältnis die Atome der verschiedenen Elemente miteinander verben sind. Im Wasser sind also immer 2 Wassetstoff- 1 Sauerstoffatom verben, im Gas Kohlenstoffdioxid sine es 1 Kohlenstoff- 2 Sauerstoffatome, beim Wasserstoffgas sind 2 Wasserstoffatome miteinander verben. Wie nennt man die kleinsten Einheiten bzw. Teilchen dieser Stoffe? 3D 5B 1B Deine Antwort ist falsch. Das ist aber überhaupt nicht dramatisch, denn du sollst es hier ja richtig lernen. Das funktioniert allerdings nur dann, wenn du auch ehrlich arbeitest. Gib also ruhig zu, wenn du ein falsches Ergebnis hast oder wenn du etwas noch nicht vollständig kapiert hast. Nur dann kann das Programm dir helfen! Außer dir merkt es auch keiner! Du hast gelernt, dass Elemente immer aus gleichartigen Atomen zusammengesetzt sind. Verbindungen dagegen bestehen aus verschiedenartigen Atomen. Damit man an der Abkürzung, also der Formel, für einen Stoff sofort erkennt, ob ein Element oder eine Verbindung gemeint ist, hat man folgendes festgelegt: Ein Element wird immer mit 1 Großbuchstaben oder 1 Großbuchstaben + 1 Kleinbuchstaben abgekürzt. Da in Verbindungen verschiedenartige Elemente miteinander verben sind, ist die Abkürzung (Formel) dafür aus mehreren aneinander gereihten Elementsymbolen zusammengesetzt. Die Formel enthält also mehrere (mindestens 2) große Buchstaben. Bearbeite bitte noch einmal 2A 5C 3E Quecksilberatome sind ca. 200 mal schwerer als Wasserstoffatome. Aber trotzdem ist die Masse eines Quecksilberatoms unfassbar klein. Würde man die Masse in Gramm ausdrücken, so wären das 0, Gramm = 3x10-22 Gramm. Atome anderer Elemente haben ähnlich unhandliche Gramm-Massen. Um die Masse eines Atoms einfacher angeben zu können, braucht man eine andere, besser zu handhabende kleinere Masseneinheit. Man erfand man die Atommasseneinheit u (atomic mass unit). Kennst du ein Element, dessen Atome genau 1u wiegen? 8C 5D 2C Die Behauptung ist unvollständig. Schau dir noch mal die Formel vom Wasser an: H 2 O. Im Wasser sind die beiden Elemente Wasserstoff Sauerstoff enthalten. Außerdem hat das Wasserstoffatom die Indexzahl 2. Also 2 Wasserstoffatome 1 Sauerstoffatom. Gehe noch mal zu 2C

6 6A 4B 6B 4E Im Wasser sind Atome der Elemente Wasserstoff (Symbol H) Sauerstoff (Symbol O) enthalten. Zwischen den beiden Symbolen in der Formel steht die etwas tiefer gesetzte Zahl 2. Bedeutet sie, dass in der Verbindung Wasser a) 2 Wasserstoffatome 1 Sauerstoffatom 3B oder b) 1 Wasserstoffatom 2 Sauerstoffatome 2B miteinander verben sind? Super! Da du diese Antwort genommen hast, weiß du vermutlich, dass die Zahl 6,022 x auch Loschmidtsche Zahl N L oder Avogadrosche Zahl N A genannt wird. In 1,00798 g Wasserstoff sind genau N A Waserstoffatome enthalten, in 15,999 g Sauerstoff sind N A Sauerstoffatome in 200,59g Quecksilber sind N A Quecksilberatome enthalten. N A Wasserstoffatome haben die Masse 1,00798g. Welche Masse in Gramm hat dann 1 einzelnes Wasserstoffatom?... (Ergebnis NUR als Bruch angeben!) m H = g... 10A 6C 14A 6D 4C 6E 16E 6E 6F 8D M Fe = 55,8g Wasser besteht aus H 2 O-Molekülen. Welche Masse hat 1 Wassermolekül? m H2O =... 9D Die Atome der verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch ihren Atombau (Protonen im Kern, Elektronen auf der Atomhülle). Dadurch haben sie ihre charakteristischen Eigenschaften. Eine besonders wichtige Eigenschaft ist die Atommasse. Welche Behauptung ist richtig? 1. Die Atome eines Elements haben die gleiche Masse. 3E 2. Die Atome eines Elements haben jeweils verschiedene Massen. 9A m H2 = 2u Welche Masse hat 1 mol Wassermoleküle? Nun wird es leider etwas komplizierter. Du weißt schon, dass Wasserstoff ein Gas ist, das aus 2-atomigen Molekülen besteht (H 2 ). Die Molmasse H 2 ist 2g. Die Dichte Wasserstoff beträgt unter normalen Bedingungen 0,089g/l (Gramm pro Liter). Frage: Welches Volumen hat dann 1 mol Wasserstoff? (Tipp: Dreisatz! Taschenrechner!) 10F 10E

7 7A 1A Fertige nun folgende Tabelle an: Elemente Verbindungen Ordne jetzt die Stoffe in der Tabelle ein: Pb, N, CaCO 3, CuSO 4, C, NaCl, MgO, S, Fe, H 2 O 7B 8C Vergleiche dein Ergebnis mit 1B Leider falsch. Es gibt 79 Elemente, deren Atome leichter sind als Quecksilberatome. Hätte ein Quecksilberatom die Masse 1u, wären die Atome jener 79 Elemente leichter als 1u. Man hat folgendes vereinbart: 1 1u = der Masse eines C-Atoms. Die Masseneinheit 1u entspricht dem 12. Teil der Masse des 12 C-Atoms. 1 Wasserstoffatom ist 1,00798 mal schwerer als 1u. Die Masse eines Wasserstoffatoms m H beträgt dann genau: m H =... u 10D 7C 8B 7D 4D Im Wasser ist m 2H : m O = 2 : 16 oder besser (Bruchrechnen, kürzen!): m 2H : m O = 1 : 8. In welchem Massenverhältnis sind die Atome der Elemente in der Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) geben? (PSE im Chemiebuch!) m 2H : m S : m 4O =... :... :... 13C Das Element Wasserstoff. Früher war das Wasserstoffatom die Bezugsgröße für die Atommasseneinheit u. Heute lautet die Definition anders man hat folgendes vereinbart: 1 1u = der Masse eines C-Atoms. Die Masseneinheit 1u entspricht dem 12. Teil der Masse des 12 C-Atoms. 1 Wasserstoffatom ist 1,00798 mal schwerer als 1u. Die Masse eines Wasserstoffatoms m H beträgt dann genau: m H =... u 10D 7E 12D Richtig! Berechne nun bitte die Formelmasse Eisen(III)-oxid aus der Formel Fe 2 O 3! m =... Fe 2 O 3 12B

8 8A 11B N A Wasserstoffatome haben die Masse 1,00798 g. N A Sauerstoffatome haben die Masse 15,999g. Wenn du eine andere Antwort hast, lies dir noch einmal 11B genau durch. 8B 16A 8C 5C Welche Masse hat dann 1 Wasserstoffatom in Gramm? (N A Wasserstoffatome haben die Masse 1,00798g)... (Ergebnis NUR als Bruch angeben!) m H = g... 10A Wasserstoff : Sauerstoff liegen in Verhältnis 2 : 1 vor. Man kann natürlich aus das Massenverhältnis der vorliegenden Atome berechnen. Dazu schauen wir wieder in das PSE lesen ab: m H = 1u, m O = 16u. Im Molekül: m 2H : m O =... :... 7C Entscheide: 1) 1 Quecksilberatom hat die Masse 1u. 7B 2) 1 Wasserstoffatom hat die Masse 1u. 9C 3) Es gibt keine Atome, die genau die Masse 1u haben. 10B 4) Meine Antwort ist ganz anders. 4D 8D 13C 8E 14D 1. Die Verbindung (Kohlenstoffdioxid) besteht aus den Elementen Kohlenstoff Sauerstoff. 2. Das Zahlenverhältnis zwischen Kohlenstoff Sauerstoff ist 1 : Es sind 1 Kohlenstoffatom 2 Sauerstoffatome miteinander verknüpft, also insgesamt 3 Atome. 4. Das Massenverhältnis beträgt m C : m 2xO = 12u : 2x16u = 12 : 32 oder besser (kürzen mit 4): 3 : 8 5. Die Molekülmasse CO 2 ist m CO2 = 44u 6. Die Molmasse CO 2 ist M CO2 = 44g 6F Molmasse CO 2 : 44g 44 g CO 2 22,4 Liter. 2 g CO 2 X X = 22,4 x 2 = 1,017 Liter 44 Ergebnis: 2 Gramm Kohlenstoffdioxid haben ein Volumen 1,017 Litern. Das Molvolumen Gasen ist für Chemiker sehr wichtig. Wenn sie z.b. ein unbekanntes Gas haben die Masse eines abgemessenen Volumens bestimmen, so können sie daraus die Molmasse des Gases berechnen. Aus der Molmasse wiederum können sie Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Gases ziehen. Ein Beispiel: 100 ml eines Gases haben eine Masse 0,163g. Wie ist die Molmasse dieses Gases? (re auf 1 Stelle hinter dem Koma) 9F

9 9A 6D 9B 10A 9C 8C Die Masse ist eine charakteristische Eigenschaft Atomen. Wenn jedes Atom eines Elements eine andere Masse hätte, wäre die Atommassenbestimmung unmöglich. Beantworte noch einmal die Frage: Haben die Atome eines Elements die gleiche oder verschiedene Massen? 3E 1g = 6,022 x u oder 1g = N A u (N A ist ja nur die Abkürzung für x ) 1 Schwefelatom hat die Masse (geret) 32u. Welche Masse haben dann N A Schwefelatome in Gramm? N A Schwefelatome haben die Masse... g. 11D Früher war das Wasserstoffatom tatsächlich die Bezugsgröße für die Atommasseneinheit u. Heute lautet die Definition anders man hat folgendes vereinbart: 1 1u = der Masse eines C-Atoms. Die Masseneinheit 1u entspricht dem 12. Teil der Masse des 12 C-Atoms. 1 Wasserstoffatom ist 1,00798 mal schwerer als 1u. Die Masse eines Wasserstoffatoms m H beträgt dann genau: m H =... u 10D 9D 6C 9E 10D 1 Wassermolekül hat die Masse a) 18 g 10C b) 18 u 11A c) KP (kein Plan) 16E m O = 16u Alle Masseneinheiten sind durch bestimmte Beziehungen miteinander verknüpft. So gilt z.b. 1000mg = 1g oder 1kg = 1000g oder 1000kg = 1 t So eine Beziehung gibt es auch zwischen der Atommasseneinheit u der Masseneinheit g. Wie funktioniert sie? a) 1g =... 4E 9F 8E 9G 14B b) KP (Ich habe keine Ahnung.) 11B 100 ml = 0,1 Liter 0,1 Liter 0,163g 22,4 Liter X 0,163 x 22,4 0,1 Ergebnis: Die Molmasse des unbekannten Gases beträgt 36,5g. Durch weitere Experimente kann man feststellen, dass in dem Gas nur Wasserstoff- Chloratome enthalten sind. Welche Formel müsste das Gas haben? (Das PSE kann schon wieder helfen!) 12C 2 Eisen- 3 Sauerstoffatomen. Berechne jetzt noch einmal die Formelmasse Eisen(III)-oxid! m =... Fe 2 O 2 X = = 36,5 12B

10 10A 8A 6B 1 Wasserstoffatom hat die Masse 1, ,00798 m H = g = N A 6,022 x g 1 Wasserstoffatom hat aber auch die Masse m H = 1,00798u. 1,00798 g = 1,00798 u Also gilt: 6,022 x B 8C Und 1g =... u. 9B Du hast Recht! Es existieren keine Atome, die ganz genau die Masse 1u haben. Man hat folgendes vereinbart: 1 1u = der Masse eines C-Atoms. Die Masseneinheit 1u entspricht dem 12. Teil der Masse des 12 C-Atoms. 1 Wasserstoffatom ist 1,00798 mal schwerer als 1u. Die Masse eines Wasserstoffatoms m H beträgt dann genau: m H =... u 10D 10C 9D 10D 9C, 7B, 7D 10B 10E 6E 10F 6F Ein einzelnes Wassermolekül(chen), das so klein ist, dass man es noch nicht einmal unter einem Mikroskop sehen kann, kann doch unmöglich 18 Gramm wiegen! 16E m H = 1,00798u Rest du das, so ist m H = 1u. Sauerstoffatome sind 16 mal schwerer als Wasserstoffatome. Welche Masse hat ein Sauerstoffatom dann ungefähr (geret)? m O =...u 9E 1 mol Wasser(moleküle) hat die Masse 18g. (Falls du das nicht richtig hast, schau noch einmal bei 15C nach komme hierher zurück.) Die Abkürzung für die Molmasse ist das große M. Wie groß ist dann die Molmasse Wasserstoffgas H 2? (die meisten elementaren Gase bilden 2- atomige Moleküle) M H2 =... 13A 0,089 g Wasserstoff haben ein Volumen 1 Liter. 2 g Wasserstoff haben ein Volumen x Liter 1 x 2 X = 0,089 ~ 22,4 Liter Ergebnis: 1 mol Wasserstoff (2g) nimmt ein Volumen ca. 22,4 Litern ein. 1 mol Sauerstoffgas (O 2 ) hat ein Volumen... Liter. (Dichte Sauerstoff: 1,429 g/l) 11C

11 11A 9D 11B 9E 4E 11C 10F Richtig: m H2O = 18u Die Molekülmasse errechnest du, indem du die Masse allen im Molekül gebenen Atomen zusammen zählst, also: m H2O = M H + M H + M O = 1u + 1u + 16u = 18u Bestimme nun die Masse Wasserstoffgas H 2. m H2 =... 6E Schau mal ins Periodensystem (PSE) in deinem Chemiebuch. Dort kannst du für die Atome jedem Element die Masse ablesen. Im Chemiebuch ist die Masse auf die 1. Stelle hinter dem Komma (Zehntel) geret. Hier gebe ich dir die genauen Zahlen: Wasserstoff: m H = 1,00798 u Sauerstoff: m O = 15,999 u Quecksilber: m Hg = 200,59 u Der österreichische Physiker Loschmidt der italienische Chemiker Physiker Avogadro konnten unabhängig einander schon vor mehr als 150 Jahren nachweisen, dass in 1,00798 g Wasserstoff, in 15,999 g Sauerstoff oder in 200,59g Quecksilber jeweils gleich viele Atome enthalten sind, nämlich 6,022 x Atome. Diese Zahl nennt man entweder nach Loschmidt die Loschmidsche Zahl N L oder nach Avogadro die Avogadrosche Zahl N A. Damit gilt: N A Wasserstoffatome sind 6,022 x Wasserstoffatome. Sie haben die Masse... g. Oder: N A Sauerstoffatome = 6,022 x Sauerstoffatome. Sie haben die Masse... g. 1 mol Sauerstoff hat das Volumen 22,4 Liter. Du könntest jetzt noch viele Beispiele Gasvolumina (das ist die Pluralform Volumen!) durchrechnen, doch du würdest unglaublicherweise immer zum gleiche Ergebnis 22,4 Litern kommen! Das hat ungefähr 200 Jahren schon der italienische Chemiker Physiker Avogadro als erster erkannt das Avogadrosches Gesetz formuliert: 8A Die Molmasse eines (beliebigen) Gases nimmt unter Normalbedingungen ein Volumen 22,4 Litern ein. Man nennt dieses Volumen das Molvolumen Gasen. 11D 9B Die Molmasse H 2 beträgt 2g. Welches Volumen hat 0,5g des Gases? 14D N A Schwefelatome (bzw. 6,022 x Schwefelatome) haben die Masse 32 g Der Zusammenhang zwischen der Masse N A -Teilchen eines Elements der Masse eines einzelnen Atoms in u ist ganz einfach: N A Sauerstoffatome wiegen 15,999g, also ~16g 1 Sauerstoffatom wiegt 15,999u, also ~16u 12A

12 12A 11D Wir führen nun einen neuen Begriff ein: das mol. N A Teilchen = 6,022 x Teilchen = 1 mol. Wie viele Wasserstoffatome sind 1 mol? Wie viele Wasserstoffmoleküle (H 2 ) sind 1 mol? Und wie viele Wassermoleküle (H 2 O) sind 1 mol? 15C 12B 7E 12C 9F 12D 13B Hast du eine der folgenden Antworten? a) 72u 14B b)160g 18D c) 160u 15A d) Irgendein anderes Ergebnis. 14F HCl Begründung: Da die Molmasse des Gases 36,5g beträgt, ist seine Molekülmasse entsprechend 36,5u. Die Molekülmasse ist die Summe der Atommassen aller beteiligten Atome der Verbindung. In der Verbindung sind nur H-Atome Cl-Atome. Das PSE verrät uns: m H = 1u m Cl = 35,5u. HCl hat die Molekülmasse 36,5u die Molmasse 36,5g. 0,200g einer unbekannten Schwefel-Sauerstoffverbindung haben ein Volumen 70ml. Berechne zuerst die Molmasse des Gases tüftele dann die Formel des Gases heraus. Beachte, dass nur Schwefel- Sauerstoffatome im Gas sind! 13D Eisenatome : Sauerstoffatome = 2 : 3 Zur Erinnerung noch mal die Aufgabe: Wie viele Tonnen Eisen lassen sich aus 23t Eisen(III)-oxid Fe 2 O 3 gewinnen? Gefragt wird also nach der Masse des zu gewinnenden Eisens. Im PSE findest du m Fe = 56u (geret) m O = 16u. 12E 15A 12F 17B Weiß man die Formel die Atommassen der Atome in einer Verbindung, kann man a) die Formelmasse 7E b) die Molekülmasse 14E c) das Massenverhältnis der Atome 14G bestimmen. Die Molmasse ist die Masse N A oder 6,022 x oder 1 mol Teilchen. Wie groß ist die Molmasse Eisen(III)-oxid Fe 2 O 3? a) 6,022 x x 160u 16C b) 160g 16B c) Ich habe etwas anderes. 14C d) Du hast 3 Antworten zur Auswahl. a) 2,12 Tonnen 15D b) 2,54,Tonnen 17C c) Ein anderes Ergebnis. 18A

13 13A 10E M H2 = 2g Den Begriff Molekülmasse können wir nur bei solchen Stoffen benutzen, deren kleinstes Teilchen tatsächlich ein Molekül ist. Einige Stoffe (z.b. Salze) bilden keine echten Moleküle, da sie aus Ionen bestehen. Da sagen wir dann einfach Formelmasse. (Das ist aber schon ziemlich spitzfindig eher für Oberstufenschüler). Die Formelmasse wird genauso berechnet, wie die Molekülmasse, also alle in der Formel genannten Elemente in ihrer entsprechenden Anzahl zusammenzählen. Beispiel: Aluminiumchlorid hat die Formel AlCl 3. 1 Al-Atom ist also mit 3 Cl-Atomen verben. (Zahlenverhältnis 1 : 3) Die Formelmasse AlCl 3 ist m AlCl3 = m Al + m Cl + m Cl + m Cl = 27u + 35,5u + 35,5u + 35,5u = 135,5u Die Formelmasse Magnesiumoxid (MgO) ist 40,3u. (m Mg = 24,3u+m O = 16u) Welche Molmasse hat Magnesiumoxid? M MgO =... 15B 13B 17A 13C 7C 13D 12C a) die Formel der Verbindung ( die steht schon in der Aufgabe) b) die Atommassen der Elemente, die in der Verbindung sind (s. PSE) Aus der Formel kannst du das Zahlenverhältnis der Atome der einzelnen Elemente ablesen. In welchem Zahlenverhältnis stehen Eisen- Sauerstoffatome im Eisen(III)-oxid (Fe 2 O 3 )? Eisenatome : Sauerstoffatome =... :... 12D Es gilt: m 2H : m S : m 4O = 2 x 1u : 1 x 32u : 4 x 16u = 2 : 32 : 64 = 1 : 16 : 32 Kurze Wiederholung zu den Informationen, die uns die Formel liefert: 1. Die Formel zeigt uns, welchen Elementen Atome in der Verbindung enthalten sind 2. Die Formel gibt an, in welchem Zahlenverhältnis die Atome der verschiedenen Elemente miteinander verben sind. 3. Die Formel gibt an, wie viele Atome insgesamt im Molekül verben sind. 4. Kennt man die Formel, so kann man mit dem PSE die Atommassen heraussuchen das Massenverhältnis der in dem Stoff vorhandenen Atome der Elemente bestimmen. 5. Wenn man die Atommassen kennt (PSE), kann man die Molekül- bzw. Formelmasse errechnen. Checke nun, ob du das alles auch anwenden kannst. Was sagt dir die Formel CO 2? Molmasse: 64g, Formel des Gases: SO 2 Du kannst nun mit den Begriffen Formel, mol, Molmasse, Molvolumen usw. umgehen. Damit hast du dir wieder eine Pause verdient! 8D 17A

14 14A 15C 14B 12B 14C 12E 14D 11C 14E 12D 14F 12B M H = 1,00798g, ~1g Wie groß ist die Molmasse Eisenatomen? (Nimm das PSE zu Hilfe!) M Fe =... 6C Du hast die Formelmasse Eisen(II)-oxid mit der Formel FeO berechnet. Beim Eisen(II)-oxid ist 1 Fe-Atom mit 1 O-Atom verben. Du solltest aber die Formelmasse Fe 2 O 3 berechnen. Hier sind 2 Fe-Atome mit 3 O-Atomen verben (Zahlenverhältnis 2 : 3) Also musst du die Massen... Eisen-... Sauerstoffatomen zusammenzählen. 9G Du solltest dir noch mal genau anschauen, was Molmasse bedeutet. (z.b. 12A, 15C oder du blätterst noch mal durch) Wenn du nun fit bist, kannst du bei 12E weitermachen. Wichtig: dieses mathematische Zeichen: heißt entspricht /entsprechen. 2 g Wasserstoff 22,4 Liter. 0,5 g Wasserstoff X X = 22,4 x 0,5 = 5,6 Liter 2 Ergebnis: 0,5 Gramm Wasserstoff haben ein Volumen 5,6 Liter. Rechne bitte nun diese Aufgabe: Welches Volumen hat 2g CO 2? (Tipp: Zuerst Molmasse ausrechnen, PSE Taschenrechner benutzen) 8E Diese Antwort ist nur richtig, wenn es sich um eine Verbindung handelt, deren kleinste Teilchen Moleküle sind. Eisenoxid ist aber, wie alle Metalloxide, eine salzartige Verbindung. Das ist aber schon ziemlich spitzfindig, deshalb ist deine Antwort ok! zurück zu 12D Vielleicht hast du dich einfach nur verrechnet. Nur zum Abklären: Die Formelmasse gibt die Summe aller Massen der in der Formel genannten Atome an. Berechne nochmal der Formelmasse Fe 2 O 3! Zurück zu 12B 14G 12D 14H 25C Natürlich lassen sich aus der Formel den Atommassen der in ihr gebenen Atome das Massenverhältnis bestimmen. Damit können wir unsere Aufgabe aber noch nicht lösen. zurück zu 12D Was hast du als Ergebnis ausgerechnet? a) 7,8g Cu 2 S. 15E b) 6,5g Cu 2 S 16G c) 4,2 g Cu 2 S 18C d) Ich kann die Aufgabe nicht lösen. 16F

15 15A 12B 15B 13A Richtig! So berechnet man die Formelmasse Fe 2 O 3 : m Fe = 56u, m O = 16u Zahlenverhältnis 2 : 3, also 2 x 56u + 3 x 16u = 160u Mit so kleinen Massen kann man aber kaum umgehen, deshalb nehmen wir die Molmasse. Die Molmasse ist die Masse... Teilchen eines Stoffes. 12E M MgO = 40,3g Wir fassen zusammen: 1. Die Molekülmasse einer Verbindung ist die Summe der Massen der Atome, die in diesem Molekül verben sind. Sie wird in u angegeben. 2. Die Formelmasse ist im Prinzip das gleiche wie die Molmasse, bezieht sich aber auf Verbindungen, die keine echten Moleküle bilden (Salze). Sie wird auch in u angegeben. 3. Die Molmasse ist das N A -fache (6,022 x fache) der Molekül- bzw. Formelmasse. Die Molmasse M wird in Gramm angegeben. 15C 12A Es sind jeweils N A Teilchen, also 6,022 x Teilchen. Die Masse 1 mol = N A = 6,022 x Teilchen wird in Gramm angegeben. Sie heißt Molmasse (Abkürzung: M) 16A Die Molmasse eines Elements ist einfach herauszubekommen: Ein Blick ins PSE, Atommasse in u ablesen, die Molmasse ist gleich der Atommasse in Gramm. Beispiele: m O = 16 u M O = 16g m Hg = 200,6u M Hg = 200,6g Die Atommasse eines Wasserstoffatoms beträgt ~1u, Wie ist die Molmasse M H Wasserstoffatomen? M H =... 14A 15D 12F 15E 14H Bei deiner Rechnung hast du dich ein bisschen vertan. Du bist Kupfer(II)- sulfid CuS ausgegangen. Das gibt es auch! Aber wir haben es hier mit Kupfer(I)- sulfid Cu 2 S zu tun! Gehe also zurück zu 17B rechne noch mal neu! Du hast bei deiner Rechnung nicht bedacht, dass die Formel Cu 2 S ist damit in der Formelmasse bzw. Molmasse 2 Cu-Atome berücksichtigt werden müssen. Die Molmasse Cu 2 S ist 2 x 63,5g + 1 x 32 g = 159g Rechne die Aufgabe nun mit der korrekten Molmasse noch einmal. 25C

16 16A 15B 16B 12E 16C 12E 16D 16E 10C 9D Eine Formel gibt das Zahlenverhältnis der in einer Verbindung enthaltenen Atome an. Beispiel: Die Formel H 2 O vom Wasser zeigt uns, dass Wasserstoff- Sauerstoffatome im Verhältnis... :... vorliegen. 8B Die Antwort stimmt! Aber die Molmasse Fe 2 O 3 beträgt auch 6,022 x x 160u, denn 6,022 x x 160u = 160g! Wieviel g Eisen lassen sich aus 1 mol Eisen(III)-oxid der Formel Fe 2 O 3 (also aus 160g), gewinnen? 19B Die Molmasse Fe 2 O 3 beträgt tatsächlich 6,022 x x 160u. Die Antwort 160g ist aber ebenfalls richtig, denn 6,022 x x 160u = 160g! Wie viel g Eisen lassen sich aus 1 mol Eisen(III)-oxid der Formel Fe 2 O 3 (also aus 160g), gewinnen? 19B Uups, hier bist du falsch! Ein Wassermolekül besteht aus 2 Wasserstoffatomen einem Sauerstoffatom. Die Masse eines H-Atoms beträgt 1u, die Masse eines O-Atoms beträgt 16u. Die Molekülmasse errechnest du, indem du die Masse allen im Molekül gebenen Atomen zusammen zählst, also: m H2O = m H + m H + m O = 1u + 1u + 16u = 18u 16F 14H Bestimme nun die Masse Wasserstoffgas H 2. m H2 =... Hier eine Hilfestellung für dich: Wir haben 5,2g Cu. Das soll vollständig mit Schwefel zu Cu 2 S reagieren. Wir wollen wissen wie viel Cu 2 S dabei herauskommt. 6E Aus der Formel Cu 2 S sehen wir, dass 2 Cu-Atome mit 1 S-Atom verben ist, Cu S im Verhältnis 2:1 stehen. D.h.: 2 mol Cu reagieren (mit 1 mol S) zu 1 mol Cu 2 S. Vielleicht schaffst du den Rest nun alleine? Die Aufgabe steht in 25C 16G 14H Richtig! Vergleiche trotzdem vorsichtshalber den Lösungsweg: 1. Die Formelmasse Cu 2 S ist 159u (2 x 63,5u + 32u) Die Molmasse Cu 2 S beträgt 159g. 2. Aus 127g Cu bekommt man 159g Cu 2 S. Aus 5,2g Cu bekommt man Xg Cu 2 S. 159 x 5,2 X = = 6, Ergebnis: Aus 5,2g Kupfer kann man 6,5g Kupfer(I)-sulfid gewinnen. 20B

17 Kapitel 2: Berechnung Massenanteilen in Verbindungen 17A 13D 17B 20A 15D 17C 12F Die meisten Metalle werden aus Metalloxiden gewonnen. Wenn man die Zusammensetzung (Formel) des Oxids kennt, kann man genau berechnen, wie viel dem Metall sich daraus herstellen lässt. Oxide sind übrigens salzartige Verbindungen. Beispiel: Wie viel Eisen lässt sich aus 23 t Eisen(III)-oxid (Formel: Fe 2 O 3 ) gewinnen? Überlege, welche Angaben du zur Lösung der Aufgabe benötigst! Man benötigt a)... b)... 13B Kupfer(I)-sulfid (Cu 2 S) ist ein wichtiges Kupfererz, das Kupferglanz genannt wird. Es ist Ausgangsmaterial für die Kupfergewinnung. Wie viele Tonnen Kupfer lassen sich aus 3,18 Tonnen Kupfer(I)-sulfid gewinnen? (Hilfsmittel: PSE Taschenrechner!) Ergebnis:... Das richtige Ergebnis ist: Aus 3,18 t Cu 2 S lassen sich 2,54t Kupfer gewinnen. 12F Dann schaffst du die nächste Aufgabe vielleicht ganz alleine: Wie viel g Aluminium lassen sich aus 15,3g Aluminiumoxid (Al 2 O 3 ) gewinnen? Ergebnis:... 19A 17D 20B Ergebnis: Aus 3g Aluminium lassen sich 5,68g ( 5,7g) Aluminiumoxid herstellen. Solltest du ein anderes Ergebnis haben, überprüfe zuerst deine Molmasse für Aluminiumoxid (102g). Der Dreisatz lautet: Aus 54g Al bekomme ich 102g Al 2 O 3. Aus 3g Al bekomme ich Xg Al 2 O 3. Schau dir evtl. noch mal 16G an, auch wenn s eine andere Aufgabe ist. Wenn du meinst, du hast es verstanden, mach eine Pause. 17E 21A 21A Deine Antwort ist zwar richtig. Es wird aber nicht behauptet, dass unbedingt 100g Kupfer(I)-sulfid Cu 2 S gegeben sind. Es könnte im Prinzip jede beliebige Menge Kupfer(I)-sulfid Cu 2 S gemeint sein, also z.b. 5g oder 10 kg oder sogar 3t. 79,8 % bezieht sich auf jede beliebige Masse Kupfer(I)-sulfid Cu 2 S. Die Prozentangabe gilt deshalb für Kupfer(I)-sulfid Cu 2 S ganz allgemein. 21A

18 18A 12F Du musst dich in deiner Rechnung irgendwo vertan haben. Guck dir den Lösungsweg noch mal an: 1. Die Formelmasse des Cu 2 S ist 2 x 63,5u + 1 x 32u = 159u 2. Die Molmasse Cu 2 S ist dann 159g. 3. Aus 159g Cu 2 S gewinnt man 127g Cu. Aus 159t Cu 2 S gewinnt man 127t Cu. Aus 3,18t Cu 2 S gewinnt man X t. 127 x 3, X = = 2,54 Ergebnis: Aus 3,18t Cu 2 S lassen sich 2,54t Cu gewinnen. Gehe nun zu 17C rechne die Aufgabe. 18B 21A 18C 14H 18D 12B Für das Kupfer(I)-sulfid Cu 2 S war keine Masse angegeben. Deshalb kann auch keine Masse für das daraus zu gewinnende Kupfer berechnet werden! 21A Du hast da etwas verwechselt. Und zwar ist NICHT die Masse des Cu 2 S angegeben, sondern die Masse des Kupfers! Aus dem Kupfer soll ja erst Cu 2 S hergestellt werden. Gehe zurück zu 25C Beim Eisen(III)-oxid sind 2 Eisenatome 3 Sauerstoffatome miteinander verben. Diese 5 Atome wiegen zusammen niemals 160 Gramm! Für die Massen einzelner Atome wird die Einheit u verwendet. 18E 24B Also noch einmal: Welche Formelmasse hat Fe 2 O 3? Masse Al 2 O 3 = 102u 100% 100 x 54 X = 2x Masse Al = 54u % 102 Ergebnis: Aluminiumoxid enthält 52,9 % Aluminium. = 52,9 % zurück zu 12B Wie viel % Sauerstoff enthält Aluminiumoxid dann? Überlege! 22B 18F 22B Ergebnis: Eisen(III)-oxid Fe 2 O 3 besteht zu 70 % aus Eisen zu 30 % aus Sauerstoff. Hier findest du weitere Übungsaufgaben: 24A

19 19A 17C 19B 16C 16B 19C 21A Aus 15,3g Aluminiumoxid lassen sich 8,1g Aluminium gewinnen. Wenn dein Ergebnis richtig ist: 25C Wenn du ein anderes Ergebnis hast, musst du deinen Rechenweg überprüfen. 1. Hast du die korrekte Formelmasse ermittelt? Formelmasse Al 2 O 3 = 102u, Molmasse Al 2 O 3 = 102g 2. Hast du beim Dreisatz die richtigen Werte eingesetzt oder nur einen Rechenfehler gemacht? Überprüfe deine Lösung hier: 23B Aus 160g Fe 2 O 3 lassen sich 2x56g also 112g Eisen gewinnen. Nun kannst du mit dem Dreisatz ausrechnen, wie viel Eisen man aus 23t Fe 2 O 3 gewinnen kann. Rechne! 21B Eine kleine Nachhilfe im Prozentrechnen bringt dich sicher weiter. 1 Das Zeichen % bedeutet nichts anderes als der Bruch 100. Also: 1 % = 1 2 % = 2 = D 20D 40 % =... a) Atome der Elemente Quecksilber Sauerstoff b) Quecksilberoxid Aus dem PSE kannst du nun ablesen: m Hg = 200,6u m O = 16u Genügen die Angaben, um die Formel Quecksilberoxid zu bestimmen) 24C 19E 25D 19F 22A 19G 23A Ja 21C nein 23C Sauerstoff In einer Verbindung sind die Atome der Elemente immer in einem bestimmten charakteristischen Massenverhältnis geben. Das gilt natürlich auch für unser Quecksilberoxid. In 4,33g Quecksilberoxid sind 4,01g Quecksilber... g Sauerstoff. In welchem Massenverhältnis sind Hg-Atme O-Atome geben? m Hg : m O =... :... Die Formel ist: a) HgO 2 22C b) Hg 2 O 21E c) Ich habe eine andere Formel. 24D 22A 16 u ist die Masse 1 Sauerstoffatom, 16g ist die Masse 1 mol Sauerstoffatomen! Offensichtlich reagiert 1 mol Quecksilber mit 1 mol Sauerstoff. Wie ist nun die Formel Quecksilberoxid? 21D

20 20A 21B Fassen wir den Lösungsweg noch einmal zusammen: 1. Schritt: Aus der Formel des Stoffes den Atommassen (PSE) der darin enthaltenen Atome die Formelmasse in u die Molmasse in g berechnen. 2. Schritt: Mit dem Dreisatz ausrechnen, wie viel Eisen aus dem zur Verfügung stehenden Eisen(III)-oxid gewonnen werden kann. 20B 16G 20C 21A Rechne zur Übung eine weitere Aufgabe: Wie viel Aluminiumoxid (Al 2 O 3 ) lassen sich aus 3g Aluminium herstellen? 17D Diese Antwort ist richtig allgemein gültig. Die Antwort b) aus 21Aist zwar auch richtig, sie gilt aber nur für die Masse 100g Kupfer(I)-sulfid Cu 2 S. Kupfersulfid enthält 79,8 % Kupfer. 17B Welche Angaben brauchst du, um diesen Wert zu berechnen? A 20D 27A 20E Mit Hilfe Experimenten kann man herausfinden, a) welchen Elementen Atome b) in welchem Massenverhältnis die Atome der verschiedenen Elemente in der Verbindung geben sind. Aus dem PSE kannst du ablesen, welche Atommassen die Elemente haben, die in der Verbindung sind. Um dir das zu verdeutlichen, kommt nun eine Versuchsbeschreibung: (Diesen Versuch dürfen wir in der Schule leider nicht durchführen, weil fiese Giftstoffe dabei entstehen.) Ein orangener, salzartiger Stoff wird im RG stark erhitzt. Nach kurzer Zeit scheiden sich an den kälteren Stellen des RG silbrig glänzende Tröpfchen ab, die auch beim Abkühlen nicht erstarren. Der orangene Stoff verschwindet. Hält man in das RG einen glühenden Glimmspan, so flammt er auf. a) Von welchen Elementen waren wohl Atome in der Verbindung? b) Wie heißt die Verbindung wahrscheinlich? Gehe zu 19D, auch wenn du die Antworten nicht weißt. 200,6 g Quecksilber ist die Masse 1 mol Quecksilber. Wie viel g Sauerstoff sind im Quecksilberoxid mit der Masse 1 mol Quecksilber =200,6g verben? Ergebnis:... 23A

21 21A 17D 21B 19B 21C 19D 21D 19G 24D Kupfersulfid enthält 79,8 % Kupfer. Dieser Satz könnte glatt in deinem Chemiebuch stehen. Weißt du auch, was er bedeutet? a) In Kupfer(I)-sulfid Cu 2 S sind 79,8 g Kupfer geben. 18B b) in 100 g Kupfer(I)-sulfid Cu 2 S sind 79,8 g Kupfer geben. 17E c) In jeder beliebeigen Menge des Kupfer(I)-sulfid Cu 2 S sind 79,8 % oder 79,8 Kupfer geben. 20C 100 d) Ich habe keine Ahnung. 19C Aus 160g Fe 2 O 3 lassen sich 112g Eisen gewinnen. Aus 160t Fe 2 O 3 lassen sich 112t Eisen gewinnen. Aus 23t Fe 2 O 3 lassen sich X t Eisen gewinnen. 112 x X = = 16,1 Ergebnis: Aus 23 Tonnen Eisen(III)-oxid kann man 16,1 Tonnen Eisen gewinnen. 20A Bisher weißt du nur, dass in der Verbindung Quecksilber Sauerstoff enthalten sind. Die Atommassen dieser beiden Elemente konntest du aus dem PSE ablesen. Du kennst aber noch nicht das Massenverhältnis, in dem die Hg- O-Atome geben sind. (du weißt aber noch nicht wie viele Hg-Atome mit wie vielen O- Atomen verben sind.) Ein weiterer Versuch kann helfen: Man wiegt das RG leer, dann mit dem orangenen Pulver noch einmal nach dem Versuch. Hier die Messwerte (die Masse des RG ist schon abgezogen): Beim Erhitzen 4,33 g Quecksilberoxid erhält man 4,01g Quecksilber. Wie viel g Quecksilber müsste ich erhalten, wenn 8,66g Quecksilberoxid erhiztz werden? (rechne raffiniert im Kopf oder mit Dreisatz!) Man erhält... g Quecksilber. 25D HgO ist die richtige Formel Quecksilberoxid. Zusammenfassung des Lösungswegs: Sind die Elemente in der Verbindung bekannt (Quecksilber Sauerstoff), ihr Massenverhältnis (4,01 : 0,32) ihre Atommassen (200,6u bzw. 16u), so errechnet man, wie viel mol Sauerstoff mit 1 mol Quecksilber (200,6g) verben ist. Das Molverhältnis ist hier 1 : 1, deshalb die Formel HgO. Aufgaben dieser Art kommen im Chemieunterricht öfter vor. Deshalb noch eine Übungsaufgabe: 21E 19F Beim Erhitzen 1,5g Silberoxid erhält man 1,4g Silber (Ag). Welche Formel hat Silberoxid? 30A Du hast es dir wohl ein bisschen zu einfach gemacht geraten! Anhand der Messwerte hättest du ein anderes Ergebnis bekommen müssen! 26A

22 22A 19E 22B 18E 22C 19F 22D 30A 31C 22E 24E 31C 22F 30C 26C 28D 0,32g Sauerstoff m Hg : m O = 4,01g : 0,32g Nun hast du eigentlich alle Angaben, um die Formel Quecksilberoxid zu bestimmen. a) Die Formel ist... 19F b) Das schaffe ich nicht ohne Hilfe. 26A Die Lösung ist ganz einfach: 100 % Al 2 O 3 52,9 % Al = 47,1 % Sauerstoff Ergebnis: Aluminiumoxid besteht zu 47,1 % aus Sauerstoff. (Übrigens: Über die Dreisatzrechnung wärest du zum gleichen Ergebnis gekommen, aber so, wie oben beschrieben, geht es einfacher schneller.) Und noch eine Aufgabe zum Üben: Rotes Eisenoxid heißt eigentlich Eisen(III)-oxid hat die Formel Fe 2 O 3. Zu wie viel % besteht es aus Eisen zu wie viel % aus Sauerstoff? (Hilfsmittel: PSE Taschenrechner) 18F Du hast eine Formel für ein Quecksilberoxid erfen, das es nicht gibt! Lies weiter auf 26A Wie kommst du zu diesem Ergebnis? Hast du geraten? Es stimmt jedenfalls leider nicht. Wenn aus 1,5g Silberoxid 1,4g Silber entstehen kann, müssen 0,1g Sauerstoff im Silberoxid vorhanden sein. Im PSE kannst die die Atommassen Silber Sauerstoff ablesen. m Ag =... m o =... 23D Richtig! Wenn man eine Verbindung durch Erhitzen in ihre Elemente zerlegen kann (Analyse) lässt sich die Formel der Verbindung recht leicht ermitteln. Leider ist das nicht bei allen Verbindungen so einfach! Einfacher ist der umgekehrte Fall: Aus Elementen ein Verbindung schaffen die Formel herausfinden. Beispiel: Bei der Reaktion Kupfer mit Schwefel erhält man aus 2,54g Kupfer 3,18g Kupfersulfid. Schritt 1: Atommassen Cu S im PSE nachschlagen. m Cu =..., m S =... Schritt2: Dreisatz aufstellen Die Formel Kupfersulfid lautet:... 28D Cu 2 S ist die Formel dieses Kupfersulfids (Kupfer(I)-sulfid). Wenn du den Lösungsweg vergleichen willst, gehe zu 26C Im 2. Kapitel hast du gelernt, dass man aus der Formel die prozentuale Zusammensetzung eine Verbindung berechnen kann. Oft werden die Ergebnisse Analysen nicht in Gramm, sondern in Prozenten angegeben. Auch aus solchen Angaben kann man die Formel eine Verbindung herausbekommen. Beispiel: Kupferchlorid setzt sich zu 47,2% aus Kupfer zu 52,8% aus Chlor zusammen. m Cu =... m Cl =... Formel =... 30B

23 23A 20E 23B 19A 16g Sauerstoff Hier die ausführliche Rechnung zum Vergleichen: Mit 4,01g Quecksilber sind 0,32g Sauerstoff verben. Mit 200,6g Quecksilber sind Xg Sauerstoff verben. 0,32 x 200,6 4,01 X = = 16 Ergebnis: Mit 200,6g Quecksilber sind 16g Sauerstoff verben. 16g Sauerstoff! Da sollten Alarmglocken klingeln! Schau mal ins PSE!!! Was stellst du da fest? 19G Irgendwo muss dein Fehler ja stecken. 1. Die Formelmasse Al 2 O 3 ist 2 x 27u + 3 x 16 u = 102u 2. Damit ist die Molmasse Al 2 O 3 102g. 3. Aus 102g Al 2 O 3 lassen sich 54g Aluminium herstellen. Aus 15,3g Al 2 O 3 lassen sich X g Aluminium herstellen. 54 x 15,3 102 X = = 8,1 Ergebnis: Aus 15,3g Aluminiumoxid lassen sich 8,1g Aluminium herstellen. Fehler gefen? Hoffentlich! 23C 19D 23D 22D 23E Richtig! Diese Angaben reichen noch nicht aus. Rechne nun Um das Massenverhältnis Quecksilber Sauerstoff im Quecksilberoxid zu bestimmen, erhitzt man eine genau abgewogene Menge des Quecksilberoxids. (p.s.: Dieser Versuch ist nicht zur Nachahmung empfohlen, die Reaktionsprodukte sind äußerst giftig!) Erhitzt man z.b. 4,33g Quecksilberoxid so erhält man 4,01g Quecksilber. Wie viel Sauerstoff entsteht bei der Reaktion?...g Sauerstoff. In welchem Massenverhältnis sind Quecksilber Sauerstoff im Quecksilberoxid verben? Masse vom Hg : Masse vom O =... :... m Ag = 107,9u m o = 16u Wie ist nun der Rechenansatz (Dreisatz)? Ergebnis? 29A 25C 22A Durch Rechnung konntest du auf dieses Ergebnis nicht kommen. Wenn Du Hilfe beim Rechnen brauchst, gehe zu 28C

24 24A 18F Übungsaufgaben: 1. Wie viel g Quecksilber kann man aus 10g Quecksilberoxid (HgO) gewinnen? 2. Wie viel t Eisen kann man aus 1 t Eisen(III)-oxid (Fe 2 O 3 ) herstellen? 3. Wie viel t Aluminium kann man aus 1 t Aluminiumoxid Al 2 O 3 gewinnen? 4. Wie viel g Magnesiumchlorid MgCl 2 kann man aus 2,8g Magnesium herstellen? 5. Wie viel g Silbersulfid Ag 2 S kann man aus 1g Silber erhalten? 6. Wie viel g Magnesiumoxid MgO lassen sich aus 10g Magnesium erzeugen? 7. Zu wie viel % Quecksilber besteht Quecksilberoxid? Und zu wie viel % Sauerstoff? 8. Wie viel % Silber sind im Silbersulfid? 9. Ein spezielles Eisenerz besteht aus Fe 3 O 4. Wie viel % Eisen enthält es? Ergebnisse 25B 24B 27C Die Formelmasse Al 2 O 3 beträgt 102u (2x27u + 3 x 16u) Die nächsten Schritte sind: u 100% 3. Lösung des Dreisatzes. Rechne überprüfe! 18E 24C 19C 40 % = 40 x 1 = 40 = 4 = D 19F 24E 29A 24F 28D Wie viel sind dann 40 % 200g? Die Richtige Formel für Quecksilberoxid ist tatsächlich HgO. 26D Wenn du Schwierigkeiten mit der Aufgabe hattest oder das Ergebnis falsch ist, gehe zu 26A Wenn dein Ergebnis richtig ist: ½ mol Sauerstoff 21D Wie muss dann die Formel Silberoxid lauten, wenn 1 mol Silber mit ½ mol Sauerstoff verben sind? a) Ag 2 O 22E oder AgO ½ 28B Wie schon in den Aufgaben davor, kannst du aus den Versuchswerten errechnen, wie viel mol eines Reaktionspartners nötig sind, um mit 1 mol des anderen Reaktionspartners zu reagieren. Dabei ist es egal, ob du für 1 mol Kupfer den Schwefelanteil berechnest, oder für 1 mol Schwefel den Kupferanteil. Du kannst also ausrechnen, 1. wie viel mol Kupfer sich mit 1 mol Schwefel oder 2. wie viel mol Schwefel sich mit 1 mol Kupfer verbinden. 1 mol Schwefel...g Schwefel. 1mol Kupfer...g Kupfer 30C

25 25A 20C 1. Die Formel Kupfersulfid ( Cu 2 S ) 2. Die Atommassen Kupfer Schwefel (PSE) Für die Berechnung des prozentualen Anteils des im Kupfersulfid ( Cu 2 S ) gebenen Kupfers nimmst du wieder den Dreisatz! Masse des Cu 2 S = 159u Masse 2 x Cu = 127u. 159u 100% 127u X% X = =... Scheib den Bruch auf! 25B 24A Die Ergebnisse: 1. 9,26g 2. 0,724t 3. 0,529t 4. 11g 5. 1,15g 5. 16,6g 7. 92,7 % Hg 7,3 % O 8. 87,1 % 9. 72,4 % 27C 27A 25C 23B Bisher hast du berechnet, wie viel g / kg / t eines Elements aus einer Verbindung hergestellt werden kann. Nun machen wir das anders herum. Du hast das Element sollst nun berechnen, wie viel einer Verbindung sich daraus herstellen lassen. Aufgabe: Wie viel g Cu 2 S kannst du aus 5,2g Kupfer herstellen? (Hilfsmittel: PSE Taschenrechner) 25D 21C 25E 30B 25F 28A Ergebnis:... (Genauigkeit: 1 Stelle hinter dem Komma) 8,02g Quecksilber. 14H Nimmt man die doppelte Menge Quecksilberoxid, erhält man auch die doppelte Menge an Quecksilber, natürlich auch die doppelte Menge an E 47,2 % sind Kupfer 52,8 % sind Chlor im Kupferchlorid. Das bedeutet, dass in 100g der Verbindung 47,2g Cu 52,8g Cl enthalten sind. Zur Lösung der Aufgabe musst du nun herausfinden, wie viel mol Chlor sich mit 1 mol Kupfer verbinden. (Dreisatz) Wie ist die Formel Kupferchlorid? Ich brauche noch mehr Hilfe! 26C Es bedeutet, dass 2 mol Aluminium mit 6 mol Salzsäure zu 2 mol Aluminiumchlorid 3 mol Wasserstoff reagieren. 28C Wird bei chemischen Reaktionen ein Gas freigesetzt, so bestimmt man normalerweise sein Volumen (z.b. im Kolbebprober) nicht die Masse. Welches Volumen nimmt 1 mol eines beliebigen Gases ein? 28F

26 26A 22A, 22C, 21E 24D Bis jetzt sind folgende Angaben zur Bestimmung der Formel bekannt: 1. Der orangene Stoff ist Quecksilberoxid. Dort sind Quecksilber- Sauerstoffatome enthalten. 2. Aus 4,33g Quecksilberoxid entstehen 4,01g Quecksilber 0,32g Sauerstoff. 3. Das Massenverhältnis zwischen Quecksilber Sauerstoff ist 4.01 : 0,32 4. Die Atommasse Quecksilber ist 200,6u, die Sauerstoff 16u. Zum Massenverhältnis können wir feststellen: Hätten wir die doppelte Menge an Quecksilberoxid, so bekämen wir die doppelte Menge an Quecksilber Sauerstoff. Bei dreifacher Menge Quecksilberoxid wäre es die dreifache Menge an Quecksilber Sauerstoff. Das ist eine lineare Funktion, mit dem Dreisatz zu berechnen!!! Tipp: Rechne aus, wie viel g Sauerstoff mit 200,6g Quecksilber im Quecksilberoxid verben sind. Warum ausgerechnet 200,6g Hg? 20E 26B 30A 26C 22F Aus dem Massenverhältnis Silber Sauerstoff im Silberoxid weißt du, dass 1,4g Silber mit 0,1g Sauerstoff verben sind. Die Masse 1 mol Silber ist 107,9g. Nun musst du nur noch ausrechen (Dreisatz), wie viel g Sauerstoff mit 1 mol Silber verben sind. 29A Lösungsweg: Masse des Kupfersulfid Masse des Kupfer = Masse des Schwefel 3,18g Kupfersulfid - 2,54g Kupfer = 0,64g Schwefel 2,54g Kupfer reagieren mit 0,64g Schwefel 63,5g Kupfer Xg Schwefel. 0,64 x 63,5 2,54 X = = 16 oder 2,54g Cu 0,64g S 63,5g S Xg F 26D 24C 26E 28F 30D 16g Schwefel sind ½ mol Schwefel. Also: 1 mol Kupfer reagiert mit ½ mol Schwefel. Krumme Zahlen wie ½ sind ungünstig, deshalb formulieren wir besser: 2 mol Kupfer reagieren mit 1 mol Schwefel zu Kupfersulfid. Die Formel ist Cu 2 S. 22F 40 x % 200g eines Stoffes sind = 80g. 100 Gehe nun zurück zu 21A überlege, welche Antwort richtig ist. 1 mol Wasserstoff hat die Masse 2g. Wie viel g Wasserstoff enthält man, wenn 2 mol Aluminium 54g (2 x 27g) mit Salzsäure reagieren? Zur Erinnerung die Reaktionsgleichung: 2 Al + 6 HCl 2 AlCl H 2, ΔH < 0 Man erhält... g Wasserstoff. 28G

27 Kapitel 3: Das Herausfinden der Formel einer Verbindung 27A 25B 27B 28D 27C 25A Im Chemieunterricht hat man oft die Aufgabe, die Formel eines Stoffes zu finden. Auch gestandene Chemiker müssen das oft tun. Das ist manchmal gar nicht so einfach. Durch Experimente kann man einiges herausfinden, aber auch das PSE ist eine nützliche Hilfe. Was kann ich a) mit Hilfe Experimenten feststellen? b) aus dem Periodensystem nützliches entnehmen? 20D War das gerechnet oder geraten? Das Ergebnis ist leider falsch. Um die Form zu bestimmen, hast du 2 mögliche Lösungsansätze, entweder du berechnest a) wie viel mol Kupfer sich mit 1 mol Schwefel verbinden, oder b) wie viel mol Schwefel sich mit 1 mol Kupfer verbinden Masse 1mol Kupfer =..., Masse 1 mol Schwefel = x 127 X = 159 = 79,8 Ergebnis: In jeder vorhandenen Masse vom Cu 2 S sind 79,8 % Kupfer enthalten. 30C So geht noch mal der Lösungsweg: 1. Berechnung der Formelmasse der Verbindung ( PSE! ) 2. die Formelmasse entspricht ( ) 100 % 3. Dreisatzrechnung Versuch s mal alleine: Wie viel % Aluminium sind in Aluminiumoxid (Al 2 O 3 ) enthalten? 1. Berechnung der Formelmasse (PSE) Al 2 O 3 :... 24B 27D 29B 27E 28E 29C Übungsaufgaben: Finde die Forneln! a) 5,03g Zink verbinden sich mit 1,23g Sauerstoff zu Zinkoxid. b) Bei der Reaktion 1,43g Magnesium mit Chlor erhält man 5,6g Magnesiumchlorid. c) Eine Verbindung besteht zu 2 % aus Wasserstoff, zu 32,6 % aus Schwefel zu 65,3 % aus Sauerstoff. Hier sind die Ergebnisse: 31B Die Formeln Symbole deiner Gleichung sind zwar richtig, aber du hast nicht auf die Teilchenzahl (Anzahl der Atome) geachtet. Die ist in deiner Gleichung nicht ausgeglichen. Es können weder Atome neu gebildet werden noch verschwinden. Die Anzahl der Atome auf beiden Seiten des Reaktionspfeils muss gleich sein. Das Reaktionsscheme ist auch immer gleich: Formeln oder Symbole Reaktionspfeil Formeln o. Symbole, Energieumsatz ,ΔH... Probiere es noch einmal! Gehe dann zu 32B

28 28A 32B 28B 24E 28C 30B 23E 28D 22E 28E 31A 28F 25F 28G 26E 28H 29F Die Symbole Formeln stehen auch für 1 mol = N A Teilchen = 6,022 x Teilchen. Für unsere Reaktionsgleichung 2 Al + 6 HCl 2 AlCl H 2, ΔH < 0 bedeutet das, dass... mol Aluminium mit... mol Salzsäure zu... mol Aluminiumchlorid... mol Wasserstoff reagieren. 25F Aus dem Ergebnis der Rechnung könnte man auf diese Formel schließen, da hast du schon Recht. Aber... In Formeln treten Indexzahlen nur als ganze Zahlen auf, d.h. du musst alle Indexzahlen verdoppeln bekommst dann welche Formel? 30A CuCl 2 ist die korrekte Formel für Kupfer(I)-chlorid. Und nun noch eine Aufgabe aus der orgaischen Chemie. Auf dem Etikett einer Flasche mit Alkohol findest du folgende Angaben über die Zusammensetzung: 52,1% Kohlenstoff, ca. 13,1% Wasserstoff 34,8% Sauerstoff. Suche aus dem PSE die Atommassen heraus. m C =..., m H =..., m O =..., dann versuche die Formel zu bestimmen. 29B m Cu = 63,5u, m S = 32,1u Die Formel Kupfersulfid ist a) CuS 2 27B b) Cu 2 S 22F c) ein anderes oder kein Ergebnis 24F Lautet deine Gleichung: Al + HCl AlCl 3 + H 2, ΔH < 0, dann gehe zu 27E Hast du eine andere Gleichung? Dann gehe zu 29C 22,4 Liter (Molvolumen) (p.s.: war ziemlich am Anfang dieses Heftchens!) Dieses Molvolumn haben Gase nur unter Normalbedingungen, die man per Definition festgelegt hat (z.b. für Normaldruck 0 C) Welche Masse hat 1 mol Wasserstoff? a) 1g 30D b) 2g 26E a) 6g Wasserstoff. 33A b) 3g Wasserstoff 29D Die Reduktion Metalloxiden mit Aluminium ist in der Technik ein wichtiger Prozess. Auch Eisenoxide (es gibt ja verschiedene da) lassen sich mit Aluminium zu Eisen reduzieren, z. B. mit dem Thermitverfahren. Dabei entsteht außer Eisen dann Aluminiumoxid Al 2 O 3. Wie viel g Aluminium brauche ich, um 10g Eisen(III)-oxid Fe 2 O 3 vollständig zu reduzieren? 1. Reaktionsgleichung: , ΔH<0 31E