Umsatzberechnungen mit Reinstoffen

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1 Umsatzberechnunen mit Reinstoffen 1. Richten Sie zuerst die Reaktionsleichun ein. Berechnen Sie anschließend anhand der eebenen Stoffmene, die Stoffmenen der anderen ebildeten bzw. verbrauchten Reaktionspartner. Beispiel 1 2 H 2 + O 2 2 H 2 O 0,5 0,25 0,5 2 H 2 -Moleküle reaieren mit 1 O 2 -Molekül (vl. Koeffizientenverhältnis 2:1). Mit anderen Worten: Es wird immer die halbe (1/2) Stoffmene O 2 verbraucht. 0,5 H 2 reaieren entsprechend mit 0,25 O 2. Dabei entstehen 0,5 H 2 O (ween Koeffizientenverhältnis 2:2). Beispiel 2 Ca 3 P H 2 O 3 Ca(OH) PH 3 0,8 4,8 2,4 1,6 Aus dem Koeffizientenverhältnis 6:3 folt, dass die doppelte Mene H 2 O verbraucht wird, wie Ca(OH) 2 entsteht, d.h. 4,8. Aus dem 1:3-Koeffizientenverältnis (Ca 3 P 2 : 3 Ca(OH) 2 ), folt dass 3 mal mehr Ca(OH) 2 ebildet wird, wie Ca 3 P 2 verbraucht wird. Mit anderen Worten: Es wird 1 Drittel der Ca(OH) 2 -Stoffmene benötit, d.h. 0,8. Aus dem Koeffizientenverhältnis 3:2 folt, dass 1,6 PH 3 ebildet werden, wenn 2,4 Ca(OH) 2 entstehen. a) Na 2 O 2 Na 2 O + O 2 1 b) NaHCO 3 Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O 0,5 c) N 2 O + H 2 N 2 H 4 + H 2 O 0,75 d) Cu 2 S + Cu 2 O SO 2 + Cu 0,9 e) H 2 O + CO 2 CH 4 + O 2 0,654 f) Al 4 C 3 + H 2 O Al(OH) 3 + CH 4 1,15 2. a) Welche Masse Natrium und welches Volumen Cl 2 -Gas (p = 1013 hpa, ϑ = 20 C) müssen zur Synthese von 10 NaCl einesetzt werden? Anm.: 1 eines Gases nimmt bei 20 C und 1013 hpa 24,06 L ein. b) Welche Auswirkun hat es auf die NaCl-Masse, wenn 12,5% mehr Na als berechnet einesetzt werden? 3. Berechnen sie die Volumina an H 2 und O 2 (p = 1013 hpa, ϑ = 20 C) um 50 ml H 2 O herzustellen. (ρ = 1,0 /cm 3 ). Anm.: 1 eines Gases nimmt bei 20 C und 1013 hpa 24,06 L ein. 4. Calciumcarbonat (CaCO 3 ) reaiert in Salzsäure zu CaCl 2, H 2 O und CO 2. Berechnen Sie Masse bzw. Gasvolumen der entstehenden Produkte, wenn 0,291 CaCO 3 einesetzt werden. 5. Welche Masse Schwefel lässt sich aus 20 FeS ewinnen? 6. Bei der Reaktion von Bariumhydroxid (Ba(OH) 2 ) mit CO 2 entstehen Bariumcarbonat (BaCO 3 ) und Wasser. Man lässt 10 Ba(OH) 2 mit einem Überschuss an CO 2 reaieren. Berechnen Sie die Masse m(baco 3 ). 7. In Raketen mit Flüssitreibstoff nutzt man Hydrazin (N 2 H 4 ) und N 2 O 4 (Distickstofftetraoxid) als Treibstoffkomponenten. Werden beide Komponenten zusammen ebracht, so zünden sie spontan, d.h. ohne Zündquelle (hyperoler Treibstoff). Bei der Reaktion entsteht Stickstoff und Wasser. Welche Masse an Stickstoff und H 2 O entstehen pro k Hydrazin? In welchem Massenverhältnis müssen die Ausansstoffe in der Raketendüse zusammenebracht werden? kommentierte Lösunen unter

2 Lösunen - ohne Gewähr Nr. 1 a) 2 Na 2 O 2 2 Na 2 O + O ,5 b) 2 NaHCO 3 Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O 1 0,5 0,5 0,5 c) N 2 O + 3 H 2 N 2 H 4 + H 2 O 0,25 0,75 0,25 0,25 d) Cu 2 S + 2 Cu 2 O SO Cu 0,15 0,3 0,15 0,9 e) 2 H 2 O + CO 2 CH O 2 0,654 0,327 0,327 0,654 f) Al 4 C H 2 O 4 Al(OH) CH 4 0, ,15 0,3833 0,2875 Man beachte! Die Stoffmene bleibt während einer chemischen Reaktion nicht unbedint konstant! So entstehen z.b. bei c) aus 4 Ausansstoffekülen 2 Produkteküle. Aus 1 (0,25 + 0,75 ) Ausansstoffen entstehen insesamt 0,5 Produkte! c) N 2 O + 3 H 2 N 2 H 4 + H 2 O + + Die Anzahl der Teilchen kann sich im Verlauf von Reaktionen ändern! Die Gesamtmasse bleibt bei chemischen Reaktionen erhalten, die Stoffmene bzw. Teilchenzahl kann sich ändern! Nr. 2 Aus Verleich der Koeffizienten folt: Für jedes verbrauchte Na entsteht 1 NaCl-Formeleinheit (folt aus Koeffizientenverhältnis 2:2). Reaktionsleichun: 2 Na Cl 2 2 NaCl a) Umrechnun von m(nacl) in n(nacl) m( acl) m( acl) M( acl) = n( acl) = n( acl) M( acl) M( acl) = 58,44 (Wert mit des PSE berechnet) 10 n( acl) = = 0, ,44

3 b) Ermittlun der Stoffmenen und der Masse Natrium Na (anhand Koeffizienten der Reaktionsleichun) Pro verbrauchtes Na entsteht 1 NaCl. Dies eribt sich durch Verleich der Koeffizienten: 2 a+ Cl2 2 acl. Da 0,1711 NaCl herzustellen sind müssen n(na) = 0,1711 Na einesetzt werden. Umrechun in m(na) m( a) = M( a) n( a) M( a) = 22,99 (Wert aus PSE) m( a) = 22,99 0,1711 3,93 c) Ermittlun der Stoffmene Cl 2 und Umrechun in das Volumen V(Cl 2 ) Er wird die halbe Stoffmene verbraucht, wie Stoffmene NaCl entsteht. Dies eribt sich durch Verleich der Koeffizienten: a+ Cl2 acl. Da 0,1711 NaCl herzustellen sind, müssen n(cl 2 ) = 0,1711 :2 = ,08555 Cl 2 einesetzt werden. Bei Gasen wird üblicherweise das benötite Volumen aneeben und nicht die benötite Masse wie bei Feststoffen oder Flüssikeiten. Allemein ilt: 1 eines beliebien (idealen) Gases nimmt bei 20 C und Normaldruck 24,06 L ein. Dreisatz 1 = 24,06 L 0,08555 = x L x 0,08555 = x 2,06L Auch wenn 12,5% mehr Cl 2 einesetzt wird kann nicht mehr NaCl synthetisiert werden, da Na für die Reaktion fehlt. Stoffe reaieren nur in festen Massenverhältnissen miteinander! Nr H 2 + O 2 2 H 2 O; Elementare Gase sind stets zweiatomi (bis auf die Edelase): O 2, H 2, Cl 2, N 2, F 2 a) Berechnun der Stoffmene H 2 O: Mit der Dichte ρ 1,0 /ml folt aus V(H 2 O)= 50 ml m(h 2 O) = n( H2O) = 2,778 (M(H 2 O) = 18,02 /: mit PSE berechnet) 18,02 b) Ermittlun der Stoffmenen n(h 2 ) und Volumenberechun Pro H 2 O wird 1 H 2 verbraucht. dies folt aus dem Koeffizientenverhältnis 2: 2. Mit anderen Worten: Die leiche Anzahl an H 2 -Molekülen wird ebildet, wie H 2 verbraucht wird. n(h 2 O) = 2, eines beliebien (idealen) Gases nehmen wie 20 C und Normaldruck 24,06 L ein. Dreisatz x 2,778 = x 66,84L. V(H 2 ) = 66,84 L

4 c) Ermittlun der Stoffmenen n(o 2 ) und Volumenberechnun Aus dem Koeffizientenverhältnis 1: 2 folt: Es entsteht doppelt so viel H 2 O wie O 2 verbraucht wird. Mit anderen Worten: Die verbrauchte O 2 -Stoffmene ist halb so roß wie die synthetisierte H 2 O-Mene. n(o 2 ) = 2,778 : 2 = 1,389. Mit dem Molvolumen (1 24,06 L) folt der Dreisatz: 1 = 24,06 L 1,389 = x L x 1,389 = x 33,42L. V(O 2 ) = 33,42 L Man hätte auch schlussfolern können. Es wird das halbe Volumen O 2 benötit, wie H 2 -Volumen benötit wird, da das Koeffizientenverhältnis 2 : 1 ist (2 H 2 +1 O 2 ). Also V(O 2 ) = 66,84 L : 2 = 33,42 L. Nr. 4 CaCO + 2HCl CaCl + CO + H O a) Berechnun der Stoffmene CaCO 3 : 0,291 n( H2O) = 0, (M(CaCO 3 ) = 100,09 /: mit PSE berechnet) 100,09 b) Ermittlun der Stoffmenen der Produkte und Umrechnun in Masse bzw. Volumen Aus den Koeffizientenverhältnissen folt: Es entstehen n(cacl 2 ) = 0, CaCl 2. mcacl ( ) = M( CaCl ) ncacl ( ) Mit M( CaCl2) = 110,98 (Wert aus PSE) folt: mcacl ( 2) = 110,98 0, ,323 Es entstehen n(co 2 ) = 0, CO 2.(vl. Koeffizientenverhältnis) Mit dem Molvolumen (1 24,06 L) folt der Dreisatz: 1 = 24,06 L 0, = x L x 0, = x 0,070L 70mL. V(CO 2 ) = 70 ml Es entstehen n(h 2 O) = 0, H 2 O. (vl. Koeffizientenverhältnis) m( H O) = M( H O) n( H O) Mit M( H2O) = 18,02 (Wert aus PSE) folt: m( H2O) = 18, 02 0, , 052 Nr. 5 FeS Fe + S

5 a) Berechun der Stoffmene FeS m( FeS) 20 n( FeS) = n( FeS) = 0,227 M( FeS) 87,913 b) Berechun der Masse S m( S) = M( S) ns ( ) ms ( ) = 32,066 0,227 7,29 Alternativer Berechnunswe Man kann mithilfe der aren Massen den Massenanteil von S in FeS berechnen: 32, 066 ws ( ) = = 0,3647 (Der Schwefelanteil an der FeS-Masse beträt 36,47%) 87,913 m(s)=m(fes) w(s) = 20 0,3647=7,29 Nr. 6 Reaktionsleichun: BaOH ( ) 2 + CO2 BaCO3 + H2O Auch wenn ein Überschuss an CO 2 einesetzt wird, so ist doch die Ba(OH) 2 -Masse der limitierende Faktor. Der Überschuss an CO 2 ist nach der Reaktion unverändert vorhanden. m( BaOH ( ) 2) 10 n( BaOH ( ) 2) = n( BaOH ( ) 2) = = 0,0584 M( BaOH ( ) 2) 171,342 Aus dem 1:1-Koeffizientenverrhältnissen folt: mbaco ( 3) = n( BaCO3) M( BaCO3) m( BaCO3) = 0, ,336 11,51 Nr. 7 Reaktionsleichun: 2 2H4+ O H2O a)berechnun der Stoffmene Hydrazin m( 2H4) 1000 n( 2H4) = n( 2H4) = = 31,206 M( 2H4) 32, 045 b)berechnun der Masse an Stickstoff Aus dem Koeffizientenverhältnis folt: Für 2 Hydrazin entstehen 3 Stickstoff. Es entsteht also die 3/2 = 1,5fache Mene N 2 wie N 2 H 4 verbraucht wird. n(n 2 ) = n(n 2 H 4 ) 1,5 = 31,206 1,5 = 46,809 Auch über auseschriebenen Dreisatz: 2 N 2 H 4 3 N 2 31,206 x x 3 3 = x= 31, 206= 46,809 31,

6 m( 2) = n( 2) M( 2) m( 2) = 46,809 28, c) Berechnun der Masse an H 2 O Aus dem 2:4-Koeffizientenverhältnis folt: Es entsteht die doppelte Mene H 2 O wie N 2 H 4 verbraucht wird. n(h 2 O) = 2 31,206 = 62,412 m( H2O) = M( H2O) n( H2O) = 18,02 62, Berechnun des Massenverhältnisses Das Stoffmenenverhältnis eribt sich aus der Reaktionsleichun und beträt 2: 2 H + 1 O 3 + 4H O 1: Hydrazin reaieren mit 1 Distickstofftetraoxid: Dieses Stoffmenenverhältnis kann in ein Massenverhältnis umerechnet werden: m( 2H4) = n( 2H4) M( 2H4) m( 2H4) = , = 6410, m( 2O4) = n( 2O4) M( 2O4) m( 2O4) = , = 9201, Das Massenverhältnis beträt N 2 H 4 : N 2 O 4 = 64,10 : 92,01, oder runtererechnet N 2 H 4 : N 2 O 4 = 1 : 1,43

7 a) 2 Na 2 O 2 2 Na 2 O + O ,5 b) 2 NaHCO 3 Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O 1 0,5 0,5 0,5 c) N 2 O + 3 H 2 N 2 H 4 + H 2 O 0,25 0,75 0,25 0,25 d) Cu 2 S + 2 Cu 2 O SO Cu 0,15 0,3 0,15 0,9 e) 2 H 2 O + CO 2 CH O 2 0,654 0,327 0,327 0,654 f) Al 4 C H 2 O 4 Al(OH) CH 4 0, ,15 0,3833 0,285