2. Stöchiometrie. 2.1 Die atomare Masseneinheit

9 2. Stöchiometrie 2.1 Die atomare Masseneinheit Für Massen einzelner Teilchen wird in der Chemie anstelle der SI-Einheit Kilogramm häufig die atomare Masseneinheit (unit) u wie folgt: u = 1,6605 10-27 kg = 1,6605 10-24 g verwendet. Die atomare Masseneinheit ist definiert wie folgt: Eine atomare Masseneinheit ist gleich dem zwölften Teil der Masse des C- 12-Isotops. Aufgabe ST-AME-1: Nukleonen (Protonen und Neutronen) besitzen Massen von 1,00728 u und 1,00865 u. Bestimme die Massen der Nukleonen in SI-Einheiten. Aufgabe ST-AME-2: Für die Umrechnung von Masse in Energie gilt die berühmte Einsteinsche Beziehung E = mc². Berechne die Energie, welche einem Massenverlust von 1 u entspricht in a) SI-Einheiten. b) MeV (Megaelektronvolt), wobei 1 ev = 1,603 10-19 J. Aufgabe ST-AME-3: Wie gross ist die Ladung von Elektronen mit einer Gesamtmasse von 1g, wenn die Masse eines Elektrons 9,1094 10-31 kg beträgt. Das Ladung eines Elektrons entspricht einer negativen Elementarladung, e = 1,603 10-19 C. Aufgabe ST-AME-4: Wie lange dauert es, bis 1 g Elektronen einen Kupferdraht passiert haben welcher von einem Gleichstrom von 5 A durchflossen wird? Die Masse eines Elektrons beträgt 0.00055 u. Das Ladung eines Elektrons entspricht einer negativen Elementarladung, e = 1,603 10-19 C. Aufgabe ST-AME-5: Wie viele Wassermoleküle befinden sich in einem Liter Wasser mit einer Dichte von 1000 kg / m³, wenn ein Wassermolekül aus zwei Wasserstoff- und einem Sauerstoffatom besteht. Die Masse der Wasserstoff- und Sauerstoffatome sei 1, bzw. 16 u. Aufgabe ST-AME-6: Natürlicher (fossiler) Kohlenstoff ist ein Isotopengemisch von 98,89% C-12-Isotopen und 1,11% der Atome C-13-Isotope mit einem Atomgewicht von 13,003 u. Bestimme das mittlere Atomgewicht von Kohlenstoffatomen in a) atomaren Masseneinheiten. b) SI-Einheiten. Aufgabe ST-AME-7: Boratome in der Erdkruste haben eine mittlere Atommasse von 10,811 u. Eine Probe mit Bor aus der Erdkruste besteht aus Bor-10- und Bor-11-Isotopen mit Atommassen von 10,013, resp. 11,009 u. Für eine natürliche Probe aus der Erdkruste bestimme den Anteil von Bor-10- und Bor-11-Isotopen a) in Prozent der in der Probe enthaltenen Atome. b) in Gewichtsprozent. Aufgabe ST-AME-8: Für eine Probe von 6g Masse ergab eine chemische Analyse folgende Zusammensetzung: 2,4g Kohlenstoff (C), 0,4g Wasserstoff (H) und 3,2g Sauerstoff (O). Basierend auf der Annahme, dass die Atommassen von Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff gegeben seien wie folgt: m C = 12 u, m H = 1 u und m O = 16 u bestimme folgendes:

10 a) Der Anteil jedes der drei Elemente (Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff) in Gewichtsprozenten. b) Die Anzahl Atome von jedem in der Probe enthaltenen Element. c) Die Gesamtzahl der Atome in der Probe. d) Den prozentualen Anteil von jeder der drei Arten von Atomen an der in (b) berechneten Gesamtzahl der Atome. e) Das Verhältnis der Anzahl Atome von jedem Element in der Probe. Aufgabe ST-AME-9: Wie viele atomare Masseneinheiten sind in einem Gramm enthalten? Lösungen: ST-AME-1: m p = 1,673 10-27 kg und m n = 1,675 10-27 kg. ST-AME-2: a) 1,5 10-10 J. b) 932 MeV. ST-AME-3: Q = me / m e = 176 10 6 C ST-AME-4: t = me / (Im e ) 407 Tage. ST-AME-5: N = 1 kg / (18u) = 3,35 10 25. ST-AME-6: (a) 12,011 u. (b) 1,99 10-26 kg. ST-AME-7: a) 19,88% B-10 und 80,12% B-11. b) 18,41% B-10 und 81,59% B-11. ST-AME-8: a) 40% C, 6,67% H und 53,33% O. b) 1,2 10 23 C-Atome, 2,4 10 23 H-Atome und 1,2 10 23 O-Atome. c) 4,8 10 23 Atome. d) 25% C-Atome, 50% H-Atome und 25% O-Atome. e) N C : N H : N O = 1 : 2 : 1. ST-AME-9: 6,02 10 23. 2.2 Das Mol In der Chemie ist meist nicht die Masse, sondern die Anzahl der Teilchen (die Stoffmenge) von Interesse. Die Anzahl Teilchen N wird fast ausschliesslich in mol angegeben. [Das Mol als SI-Einheit wird klein geschrieben!]. Die Anzahl Teilchen in einem Mol beträgt 6,022 10 23. Zur Umrechnung der Anzahl Teilchen in Anzahl mol wird die Avogadrosche Konstante N A wie folgt verwendet: Es gilt folgendes: N A = 6,022 10 23 Teilchen / mol Ein mol atomare Masseneinheiten wiegt 1g. Ein mol Teilchen der Masse x u wiegt x g. Z.B. drei mol Wassermoleküle mit Massen von 18 u wiegen 3 18 g = 54 g.

11 Die Masse von einem Mol Teilchen wird als Molekular-, resp. Atomgewicht bezeichnet. Z.B. das Molekulargewicht von Wasser beträgt 18 g / mol und das Atomgewicht von Helium beträgt 4 g / mol. Molekulargewichte erhält man als Summe der Atomgewichte sämtlicher Atome in einem Molekül. Das Molekulargewicht von Harnstoff mit der Summenformel C H 4 N 2 O erhält man beispielsweise als Summe der gerundeten Atomgewichte von Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff wie folgt: [12 + 4 1 + 2 14 + 16] g / mol = 60 g / mol. Bei ionischen Verbindungen spricht man von Formelgewicht anstelle von Molekulargewicht. Es sei m die Masse von N Teilchen in Gramm, n sei die Anzahl Teilchen, ausgedrückt in mol und M sei das Molekular- resp. Atomgewicht der Teilchen in g / mol. Dann gilt folgendes: Anzahl mol: Anzahl Teilchen: n = m M N = N A n = N A m M Im nachfolgenden sollen gerundete Atomgewichte wie folgt verwendet werden: Atom Atomgewicht [g/mol] Wasserstoff 1 Helium 4 Kohlenstoff 12 Stickstoff 14 Sauerstoff 16 Aufgabe ST-MOL-1: Bestimme die Ladung in SI-Einheiten von a) 3 mol Elektronen mit Ladungen -e, wobei e = 1,603 10-19 C. b) 4 mol Alphateilchen mit Ladungen +2e, wobei e = 1,603 10-19 C. Aufgabe ST-MOL-2: Bestimme die Masse von 0,02 mol Eisenatomen, wenn deren Atomgewicht 55,85 g / mol beträgt. Aufgabe ST-MOL-3: Ein Mol Zuckermoleküle (Rohrzucker) wiegt ziemlich genau 342 Gramm. a) Wie viel wiegt ein Zuckermolekül, ausgedrückt in kg? b) Wie viele Zuckermoleküle befinden sich in einer Packung mit 1 kg Zucker? c) Wie viele Zuckermoleküle befinden sich in zehn Mikrogramm Zucker? d) Wie viel wiegen zwölf Zuckermoleküle? e) Wie viel wiegen zwölf mol Zuckermoleküle? f) Wie viel wiegt ein Zuckermolekül, ausgedrückt in atomaren Masseneinheiten? g) Wie viel wiegt ein Mol Zucker, ausgedrückt in atomaren Masseneinheiten? h) Wie gross ist das Volumen eines einzelnen Zuckermoleküls, wenn die Dichte von Zucker 1580 kg / m 3 beträgt? i) Wie viele kg Zucker müsste man kaufen, wenn man jedem der zurzeit 6.3 Milliarden Erdbewohner eine Million Zuckermoleküle geben möchte? j) Die Zuckermoleküle in einem Kilogramm Zucker werden aneinander gereiht. Wie viele Male könnte die Kette von Zuckermolekülen die Erde umspannen, wenn ein Zuckermolekül 1.5 Nanometer lang ist und der Erdumfang 40 000 km misst?

12 k) Die Zuckermoleküle in einem Kilogramm Zucker werden auf einer Ebene ausgebreitet. Welche Fläche würden die Zuckermoleküle bedecken, wenn jedes Zuckermolekül eine Fläche von 1.2 nm 2 einnimmt? l) Die Weltmeere enthalten ungefähr 1.34 Milliarden km 3 Wasser. Wenn man ein Kilogramm Zucker im Ozean auflösen, und die Meere kräftig durchrühren würde, wie viele Zuckermoleküle könnte man dann in einem Kubikmeter Meerwasser finden? Aufgabe ST-MOL-4: In einem Ethanolmolekül mit der Summenformel C 2 H 6 O befinden sich zwei Kohlenstoffatome, sechs Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom. Bestimme die Anzahl a) Moleküle b) Atome c) Wasserstoffatome d) mol Ethanolmoleküle e) mol Atome f) mol Wasserstoffatome in 150 ml Ethanol mit einer Dichte von 782 kg / m³. Aufgabe ST-MOL-5: Bei der Verbrennung von 1,5 g eines Gases von Kohlenwasserstoff C x H y mit Sauerstoff entstand 2,2 g Kohlendioxid (C O 2 ) und 0,9 g Wasser (H 2 O). [Anmerkung: Kohlenwasserstoffe sind Verbindungen von ausschliesslich Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen]. Bestimme folgendes: a) Die Anzahl Mol Kohlendioxid. b) Die Anzahl Mol Wasser. c) Die Anzahl Mol Kohlenatome im Kohlendioxid. d) Die Anzahl Mol Wasserstoffatome im Wasser. e) Die Anzahl Mol Sauerstoffatome im Kohlendioxid. f) Die Anzahl Mol Sauerstoffatome im Wasser. g) Die Anzahl Mol Kohlenatome im Kohlenwasserstoff. h) Die Anzahl Mol Wasserstoffatome im Kohlenwasserstoff. i) Das Verhältnis von x : y in der Formel des Kohlenwasserstoffs. [Anmerkung: Die im Kohlenwasserstoff enthaltenen Atome sind allesamt in den Verbrennungsprodukten Kohlendioxid und Wasser enthalten]. Aufgabe ST-MOL-6: Wie viele Moleküle hat es in einem Liter (= 1000g) Wasser? Teile einen Liter (= 0.001m 3 ) durch die Anzahl Wassermoleküle und schätze so das Volumen eines einzelnen Wassermoleküls in Kubikmeter. Wenn man annimmt, dass jedes Molekül in einem Liter Wasser ein gleiches würfelförmiges Volumen einnimmt, wie gross ist dann die Kantenlänge eines dieser Würfel in Meter und in Nanometer (1nm = 1m / 10 9 ). Aufgabe ST-MOL-7: In einen verschlossenen Glaskolben wird eine radioaktive Probe eingeschlossen. Wie viele -Zerfälle finden pro Sekunde statt, wenn sich nach einer Woche 2 mol Helium im Kolben befindet? [Anmerkung: Aus den von der Probe emittierten -Teilchen bilden sich Heliumatome]. Aufgabe ST-MOL-8: Die Analyse von 20g einer Zinkblende ergab folgende Zusammensetzung: 34% Schwefel, 52% Zink und 14% Eisen. Die Angabe sind in Gewichtsprozent. Bestimme die Anzahl Mol jedes in der Zinkblende enthaltenen Elements. Die Atomgewichte von Schwefel, Zink und Eisen seien wie folgt: M S = 32,0 g / mol, M Zn = 65,4 g / mol und M Fe = 55,8 g / mol. Aufgabe ST-MOL-9: Wie viele Heliumatome mit einer Masse von 4u befinden sich in einem Kinderballon mit einem Volumen von 8 Litern, wenn die Dichte von Helium 0,18 g / Liter beträgt?

13 Lösungen: ST-MOL-1: (a) 290 kc. (b) 772 kc. ST-MOL-2: 1,117g. ST-MOL-3: a)? (b) 1.76 10 24 Moleküle. (c)? (d)? (e)? (f)? (g)? (h)? (i) 3.4 10-9 kg = 3.4mg. (j)? (k)? (l)? ST-MOL-4: a) N E = 2,55 N A = 1,54 10 24. d) n E = 2,55 mol. b) N At = 22,95 N A = 1,38 10 25. e) n At = 9 n E = 22,95 mol. c) N H = 15,3 N A = 9,22 10 24. f) n H = 6 n E = 15,3 mol. ST-MOL-5: a) 0,05 mol CO 2. f) 0,05 mol O-Atome. b) 0,05 mol H 2 O. g) 0,05 mol C-Atome. c) 0,05 mol C-Atome. h) 0,1 mol H-Atome. d) 0,1 mol H-Atome. i) x : y = 1 : 2. e) 0,1 mol O-Atome. ST-MOL-6: n = m / M = 1000 g / (18 g / mol) = 55.56 mol N = N A n = 3.346 10 25. V = 0.001 m 3 / N = 2.99 10-29 m 3. Kantenlänge: s = 3 V = 3.10 10-10 m = 0.31 nm. ST-MOL-7: 1,99 10 12 Zerfälle pro Sekunde. ST-MOL-8: 0,2125 mol S, 0,159 mol Zn und 0,050 mol Fe. ST-MOL-9: N He = 2,2 10 23. 2.3 Empirische Formeln aus der Elementaranalyse Die Elementaranalyse eines chemisch reinen Stoffes ergibt die prozentuale Zusammensetzung aus den in ihm enthaltenen chemischen Elementen. Liegt die Zusammensetzung eines Stoffes mit der chemischen Formel A a B b C c D d E e F f G g... in mol vor, z.b. n A von A, n B von B, n C von C..., dann widerspiegelt das Verhältnis Stoffmengen n A, n B... das Verhältnis der Koeffizienten a, b, c,... in der chemischen Formel. Wenn man das Verhältnis n A : n B : n C :... ganzzahlig macht, durch Multiplikation sowie Rundung innerhalb der erwarteten experimentellen Genauigkeit der Messwerte, dann erhält man eine empirische Formel, deren Koeffizienten a, b, c,... um ein ganzzahliges Vielfaches von denjenigen der korrekten chemischen Formel des Stoffes abweichen können. Z.B. für Traubenzucker mit der chemischen Formel C 6 H 12 O 6 erhält man aus der Elementaranalyse dieselbe empirische Formel C H 2 O wie z.b. Formalin mit der chemischen Formel C H 2 O. Beispiel: Die chemische Analyse eines chemisch reinen Stoffes ergab eine Zusammensetzung in Gewichtsprozenten wie folgt: 25,95 % N und 74,05 % O. Bestimme eine empirische Formel der Art N a O b. Lösung: Wir nehmen an wir hätten eine Probe des chemisch reinen Stoffes von 100 g. Davon wären gemäss obiger Analyse 25,95 g Stickstoff und 74,05 g Sauerstoff. Für die Anzahl mole erhält man n N = (25,95 / 14)

14 mol = 1,854 mol und n O = (74,05 / 16) mol = 4,628 mol. Es gilt dann n N : n O = 1,854 : 4,628 = 1 : 2,496 2 : 5. Man erhält also N 2 O 5. Aufgabe ST-EF-1: Bestimme eine empirische Formel eines chemisch reinen Stoffes mit einer Zusammensetzung in Gewichtsprozenten wie folgt: a) 46 % K, 16,5 % N und Rest O. b) 35 % N, 5 % H und Rest O. c) 60 % Sb und 40 % S. d) 63,7 % Pb, 14,8 % C, 1,86 % H und Rest O. e) 40 % C, 6,7 % H und Rest O. f) 80 % Cu ond 20 % S. g) 46,5 % Fe und 53,5 % S. h) 55,7 % Cu, 16,3 % Fe und 28,0 % S. Aufgabe ST-EF-2: Wie gross ist der prozentuale Gehalt an Eisen von einem Eisenerz, das aus 85 % Siderit (Fe CO 3 ) und 15 % taubem Gestein besteht? Lösungen: ST-EF-1: a) K NO 2 d) Pb C 4 H 6 O 4 g) Fe S 2 b) H 4 N 2 O 3 e) CH 2 O h) Cu 3 Fe S 3 c) Sb 2 S 5 f) Cu 2 S ST-EF-2: 41.0%. 2.4 Konzentrationen Konzentrationen eines Stoffs werden üblicherweise in Masse pro Volumeneinheit angegeben. In der Chemie werden jedoch meist Konzentrationen von Teilchen in mol / Liter angegeben. Diese Konzentration wird als Molarität bezeichnet. Eine Konzentration von Teilchen von einem Mol pro Liter wird als "ein molar" bezeichnet. Es gilt also 1 M = 1 mol / Liter = 6,022 10 23 Teilchen / Liter Die Molarität eines Stoffes wird in Berechnungen meist als Symbol für den Stoff oder dessen Summenformel in eckigen Klammern angegeben, z.b. [X] = 0,25 M, [OH - ] = 0,0002 M, [NH 3 ] = 0,03 M u.s.w. Es gilt c = n V = m MV Werden Volumina V 1, V 2, V 3,... von Lösungen mit Konzentrationen c 1, c 2, c 3,... gemischt, so wird die Konzentration c der Mischung als gewichtetes Mittel wie folgt berechnet: c = [c 1 V 1 + c 2 V 2 + c 3 V 3 +...] / V tot, wobei V tot = V 1 + V 2 + V 3 +... Beim Mischen von zwei Lösungen erhält man also eine Mischkonzentration wie folgt: c = c 1 V 1 + c 2 V 2 V 1 + V 2

15 Dabei spielt es keine Rolle, ob die Konzentrationen in mol pro Liter, Volumenprozent oder z.b. "Gramm pro Liter" angegeben sind. [Anmerkung: Es wird hier angenommen, dass das Volumen von Mischungen stets gleich der Summe der Volumina der einzelnen Lösungen ist. Dies ist in seltenen Fällen nicht exakt der Fall]. Die Konzentration in mol pro Liter erhält man wie folgt: c = n V = m MV Beispiel: Lösung: Eine chemische Analyse ergab für Harnstoff (C H 4 N 2 O) im Urin eines Erwachsenen eine Molarität von 0,35 M. Bestimme die Konzentration von Harnstoff in g / Liter, wenn das Molekulargewicht von Harnstoff 60 g / mol beträgt. [C H 4 N 2 O] = (0,35 mol / Liter) (60 g / mol) = 21 g / Liter. Aufgabe ST-KONZ-1: Wie gross ist die Molarität eines Stoffes mit einem Molekulargewicht von 180 g / mol, wenn 27 g davon in 2,5 Liter Wasser gelöst werden? Aufgabe ST-KONZ-2: Ein starkes Bier enthält 6.6 Volumenprozent Alkohol. Aus 100 cl von diesem Bier könnte man also 6.6 cl reinen Alkohol abdestillieren. Die Dichte von Wasser beträgt 10 g / cl. Die Dichte von reinem Alkohol ist kleiner als diejenige von Wasser. Sie beträgt 7.9 g / cl. Ein Mol Wasser wiegt 18 g und ein Mol Alkohol wiegt 46 g. Im Folgenden gehen wir davon aus, dass Bier lediglich aus Wasser und etwas Alkohol besteht. a) Wie viele mol Alkohol befinden sich in einem Liter Bier? b) Wie viele Alkoholmoleküle befinden sich in einem Liter Bier? c) Wie viele mol Wasser befinden sich in einem Liter Bier? d) Wie viele Wassermoleküle befinden sich in einem Liter Bier? e) Um welchen Faktor ist die Anzahl Wassermoleküle grösser als diejenige der Alkoholmoleküle? f) Wie viele Prozent der Teilchen im Bier sind Alkoholmoleküle? g) Wie hoch ist die Alkoholkonzentration des Biers ausgedrückt in Gramm / Liter? h) Wie hoch ist die Alkoholkonzentration des Biers ausgedrückt in mol / Liter? i) Wie viel Bier muss man trinken, bis man zehn Gramm Alkohol eingenommen hat? j) In welchem Volumen Bier befinden sich eine Million Alkoholmoleküle? k) Im Blutkreislauf eines Erwachsenen befinden sich sechs Liter Blut. Sein Alkoholpegel im Blut sei 0.05 Volumenprozent. Wie viele cl reinen Alkohol befinden sich im Blutkreislauf? l) Wie viele cl Bier muss ein Erwachsener mit sechs Liter Blut im Blutkreislauf mindestens konsumieren, damit der im Bier enthaltene Alkohol eine Konzentration von 0.05 Volumenprozent Blutalkohol hervorruft? Aufgabe ST-KONZ-3: Ein Erwachsener mit einer Gesamtmenge von fünf Litern Blut trinkt Bier mit einem Alkoholgehalt von 5 Volumenprozent Alkohol. Wie viel Bier darf er trinken, wenn er ganz sicher sein will, dass die Konzentration von Alkohol in seinem Blut 0,05 Volumenprozente nicht übersteigt? [Anmerkung: Die Aufnahme von Alkohol soll hier der Einfachheit halber als "Verdünnung des Blutes mit Alkohol" behandelt werden].

16 Aufgabe ST-KONZ-4: Aus Früchten wird Saft gepresst, der eine Konzentration von 33 Gramm Zucker pro Liter aufweist. Durch Entzug von Wasser wird ein Konzentrat mit einem sieben Mal kleineren Volumen hergestellt. Wie gross ist die Konzentration von Zucker im Fruchtsaftkonzentrat? Aufgabe ST-KONZ-5: Wie viele Gramm Harnstoff mit einem Molekulargewicht von 60 g / mol scheidet ein Erwachsener täglich mit 1.5 Liter Harn aus, wenn die Konzentration von Harnstoff im Harn 0.35 M beträgt? Aufgabe ST-KONZ-6: Es werden zwei wässrige Lösungen A und B von Traubenzucker zusammengeschüttet. Welche Konzentration von Traubenzucker weist die Mischung auf, wenn drei Liter von A mit fünf Litern von B gemischt wurden und für die Konzentrationen in A und B folgendes gilt: c A = 4 g / Liter und c B = 6 g / Liter. Aufgabe ST-KONZ-7: Tiefe Konzentrationen werden in ppm oder ppb angegeben. Die Bedeutung dieser Konzentrationen ist wie folgt: ppm bedeutet parts per million und bezieht sich im allgemeinen auf die Masse. Eine Konzentration von y ppm einer Substanz Y in einer Probe der Masse x enthält y Millionstel von x an Y. Wenn die Konzentration von Y in einer Probe also beispielsweise 7 ppm beträgt, dann sind pro Kilogramm der Probe 7 mg der Substanz Y enthalten. ppb bedeutet parts per billion. Diese Einheit der Konzentration hat eine Bedeutung analog derjenigen von ppm, wobei jedoch anstelle eines Millionstels der Masse ein Milliardstel verwendet wird. Aus einer Probe von 0,34 kg Muttermilch wurden 0,0024 mol Dioxin mit einer Molekularmasse von 322 g / mol extrahiert. Bestimme die Dioxinonzentration der Milch in ppm und ppb. Aufgabe ST-KONZ-8: Ein Fruchtsaft ist 0,002 M in Vitamin C. Wie viel von diesem Saft muss ein Erwachsener täglich trinken um seinen Mindestbedarf an Vitamin C von 30mg zu decken, wenn das Molekulargewicht von Vitamin C 176,14 g / mol beträgt? Aufgabe ST-KONZ-9: 120 g Tabakblätter wurden mit einem Mixer mit 1,2 Litern Wasser vermengt. Die Molarität von Nikotin (C 10 H 14 N 2 ) im Wasser betrug nach einiger Zeit 0,012M. Wie viele Gewichtsprozente der Tabakblätter waren Nikotin? Lösungen: ST-KONZ-1: 0,06 M. ST-KONZ-2: 50,5 ml Bier. ST-KONZ-3: (x 5% + 0)/(5Liter + x) = 0.05% x = 50.5ml. ST-KONZ-4: 231 g Zucker pro Liter. ST-KONZ-5: 31.5g. ST-KONZ-6: 5.25 g Traubenzucker / Liter. ST-KONZ-7: 0.0023 ppm oder 2.3 ppb. ST-KONZ-8: 85 ml. ST-KONZ-9: M = 162 g / mol, m = cvm = 2.333g 1.944%.

17 2.5 Gase Die Anzahl mol eines Gases der (absoluten) Temperatur T im Volumen V bei einem Druck p erhält man aus der Zustandsgleichung idealer Gase wie folgt: n = pv RT Dabei ist R die universelle Gaskonstante, R = 8,315 J / (mol K). Kennt man die Masse m eines Gases, dann kann sein Molekulargewicht M wie folgt berechnet werden: M = m n = mrt pv Das Volumen in welchem sich bei gegebenem Druck p und einer Temperatur T ein Mol Gasteilchen befinden bezeichnet man als Molvolumen. Aus der Zustandsgleichung idealer Gase erhält man dieses wie folgt: V m = RT mol p = 8315 T / K T/K p / Pa Liter = 0,08315 p / bar Liter Aufgabe ST-GAS-1: Bestimme das Molvolumen eines Gases für Zustandsgrössen p und T wie folgt: a) p = 150 Pa und T = 280 K. b) p = 200 kpa und T = 290 K. c) p = 101,3 kpa und T = 273,15 K [Normzustand]. Aufgabe ST-GAS-2: Der Durchmesser von Atomen beträgt rund 0.1nm. Das Volumen eines Moleküls sei gleich demjenigen eines Würfels mit 0.2nm Kantenlänge. Wie viel Prozent des Raums in einem Gas werden von Gasteilchen mit der berechneten Grösse eingenommen, wenn sich in einem Liter 0.05 mol Gasteilchen befinden? Aufgabe ST-GAS-3: Wie gross ist der Druck eines Gases, wenn sein Molvolumen bei 290 K 600 ml beträgt? Aufgabe ST-GAS-4: Bestimme die Anzahl Teilchen in mol eines Gases in einem Gefäss mit Volumen V und einem Innendruck p bei einer Celsiustemperatur wie folgt: a) V = 5 Liter, p = 100 kpa und = 20ºC. b) V = 50 Liter, p = 200 bar und = 20ºC. c) V = 2 Liter, p = 500 Pa und = 10ºC. Aufgabe ST-GAS-5: Beim Verdampfen einer Probe einer chemisch reinen Substanz von 4.5 g entstehen zwei Liter Dampf (Gas!) mit einer Temperatur von 130ºC und einem Druck von 1 bar. Wie gross ist das Molekulargewicht der Substanz, d.h. wie viel wiegt ein Mol? Aufgabe ST-GAS-6: Bei einem Gärungsprozess wurden bei einer Temperatur von 20ºC und einem Umgebungsdruck von 100 kpa in einem Ballon 3,2 Liter Kohlendioxid (CO 2 ) aufgefangen. Bestimme folgendes: a) Die Anzahl mol Kohlendioxid. b) Die Masse des Kohlendioxids. Das Molekulargewicht von Kohlendioxid sei 44 g / mol.

18 Aufgabe ST-GAS-7: In einem Versuch absorbierte glühende Stahlwolle gasförmigen Sauerstoff (O 2 ). Zu Beginn des Versuchs befand sich bei 20ºC im Reaktionsgefäss mit einem Volumen von 750 ml reiner Sauerstoff bei einem Druck von 60 kpa. Am Ende des Versuchs hatte sich die Temperatur auf 150ºC erhöht und der Druck im Gefäss betrug noch 8 kpa. Bestimme die Menge an Sauerstoff (in Gramm), die von der Stahlwolle absorbiert wurde. Das Molekulargewicht von Sauerstoff sei 32 g / mol. Aufgabe ST-GAS-8: Bei einer Elektrolyse fand an einer Elektrode Gasentwicklung statt. Das Gas wurde aufgefangen und analysiert. Es stellte sich heraus, dass es sich dabei um reines Chlorgas (Cl 2 ) mit einem Molekulargewicht von 71 g / mol handelte. Bei einer Temperatur von 20ºC und einem Druck von 98 kpa wurden pro Minute 35 ml des Gases aufgefangen. Bestimme folgendes: a) Die pro Minute aufgefangene Menge Chlorgas in mol. b) Die pro Minute aufgefangene Menge Chlorgas in Gramm. Aufgabe ST-GAS-9: Damit Benzin in einem Kolbenmotor vollständig verbrennt muss es im Vergaser mit dem Zehntausendfachen seines Volumens an Luft vermengt werden. Es wird hier angenommen, dass eines von fünf Molekülen der Luft ein Sauerstoffmolekül sei. Der Benzinmotor eines Fahrzeugs verbraucht pro Stunde 7 Liter Benzin. Bestimme folgendes: a) Wie viele Liter Sauerstoff verbraucht der Motor in einer Stunde? b) Wie viele Kilogramm Sauerstoff verbraucht der Motor in einer Stunde, wenn bei einem Umgebungsdruck von 98 kpa die Temperatur der Luft 20ºC beträgt. Das Molekulargewicht von Sauerstoff sei 32 g / mol. Lösungen: ST-GAS-1: (a) V m = 15.5 m 3. (b) V m = 12.06 Liter. (c) V m = 22.4 Liter. ST-GAS-2: (V besetzt / V)100% = [0.05 N A (0.2 10-9 m) 3 / (0.001 m 3 )] 100% = 0.024%. ST-GAS-3: p = nrt / V = 4.02MPa. ST-GAS-4: (a) 0.205 mol. (b) 410 mol. (c) 0.425 mol. ST-GAS-5: V m = 33.5 Liter. M = 75.4 g / mol. ST-GAS-6: (a) n = 0.13 mol. (b) m = nm = 5.78 g. ST-GAS-7: m = (M V / R) [(p 1 / T 1 ) - (p 2 / T 2 )] = 0.563 g. ST-GAS-8: (a) 1.41 mmol Cl 2 (g). (b) 0.10g Cl 2 (g). ST-GAS-9: (a) 14 000 Liter. (b) 18.0 kg Sauerstoff. 2.6 Chemische Reaktionsgleichungen Chemische Gleichungen sind von der Form Edukte (Ausgangsstoffe) Produkte. Die Stoffe (Edukte und Produkte) können dabei mit Hilfe ihrer Struktur- oder ihrer Summenformel dargestellt werden. Es gelten folgende Regeln: 1. Die Anzahl der Atome von jedem Element bei den Produkten muss gleich gross sein wie die Anzahl der ursprünglich (bei den Edukten) vorhandenen Atome.

19 2. Die Summe der Elementarladungen muss auf beiden Seiten (des Reaktionspfeils) gleich gross sein. Zur ersten Regel muss ergänzt werden, dass bei chemischen Reaktionen bei welchen Übertragungen von Elektronen stattfinden auf nur einer Seite von "unvollständigen" Reaktionsgleichung zuweilen Elektronen erscheinen, z.b. Al Al 3+ + 3e -. Bei chemischen Reaktionsgleichungen sind häufig sowohl die Edukte als auch sämtliche Produkte bekannt. Eine korrekt geschriebene chemische Reaktionsgleichung muss jedoch obige Regeln erfüllen. 1. Beispiel: Ergänze folgende chemische Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Schiesspulver:? K NO 3 +? S +? C? K 2 S +? N 2 +? CO 2 Lösung: Wir schreiben die Reaktionsgleichung mit stöchiometrischen Koeffizienten x, y, z, u und v, wobei wir den stöchiometrischen Koeffizienten für K NO 3 willkürlich gleich 1 setzen. K NO 3 + x S + y C z K 2 S + u N 2 + v CO 2. Wir betrachten dann die Anzahl Atome der Elemente C, N, O, S und K auf beiden Seiten vom Reaktionspfeil und erhalten folgendes: C: y = v N: 1 = 2u u = ½ O: 3 = 2v v = y = 1,5 S: x = z K: 1 = 2z x = z = ½ Man erhält somit eine Reaktionsgleichungen mit halbzahligen stöchiometrischen Koeffizienten wie folgt: K NO 3 + ½ S + 1,5 C ½ K 2 S + ½ N 2 + 1,5 CO 2. Durch beidseitiges Multiplizieren mit 2 erhält man eine Reaktionsgleichung mit ganzzahligen Koeffizienten wie folgt: 2 K NO 3 + S + 3 C K 2 S + N 2 + 3 CO 2. 2. Beispiel: Ergänze folgende chemische Reaktionsgleichung:? Mn O - 4 +? H+ +? e -? Mn 2+ +? H 2 O. Lösung: Wie zuvor versehen wir die Gleichungen mit variablen stöchiometrischen Koeffizienten, wobei wir denjenigen für das Permanganation (Mn O - 4 ) willkürlich gleich 1 setzen. Mn O - 4 + x H+ + y e - z Mn 2+ + u H 2 O. Man erhält dann für die stöchiometrischen Koeffizienten x, y, z und u ein lineares Gleichungssystem wie folgt: Mn: 1 = z z = 1 O: 4 = u u = 4 H: x = 2u x = 8 Ladungen: -1 + x - y = 2z y = x - 2z - 1 = 5 Die erhaltenen stöchiometrischen Koeffizienten sind schon ganzzahlig. Somit gilt Mn O - 4 + 8 H+ + 5 e - Mn 2+ + 4 H 2 O. Aufgabe ST-CRG-1: Ergänze die Reaktionsgleichung für die Knallgasreaktion? H 2 +? O 2? H 2 O.

Aufgabe ST-CRG-2: Ergänze die Reaktionsgleichung für die Ammoniaksynthese? H 2 +? N 2? NH 3. Aufgabe ST-CRG-3: Ergänze die Reaktionsgleichung für das Entladen eines Bleiakkumulators? Pb O 2 +? Pb +? H 2 SO 4? Pb SO 4 +? H 2 O Aufgabe ST-CRG-4: Ergänze untenstehende Reaktionsgleichungen a)? H 2 O 2? H 2 O +? O 2 b)? CO +? H 2 O? CO 2 +? H 2 c)? Fe +? H 2 O? Fe 3 O 4 +? H 2 d)? Al +? H +? Al 3+ +? H 2 e)? Na HCO 3? Na 2 CO 3 +? CO 2 +? H 2 O f)? Fe 2 O 3 +? CO? Fe +? CO 2 g)? Sn +? HNO 3? H 2 Sn O 3 +? NO 2 +? H 2 O h)? H 3 BO 3 +? Na 2 CO 3? Na 2 B 4 O 7 +? H 2 O +? CO 2 i)? KOH +? Cl 2? K Cl O 3 +? KCl +? H 2 O j)? Fe SO 4 +? H 2 SO 4 +? K Mn O 4? Fe 2 (SO 4 ) 3 +? K 2 SO 4 +? Mn SO 4 +? H 2 O k)? I 2 +? H NO 3? H I O 3 +? NO 2 +? H 2 O l)? K MnO 4 +? H 2 SO 4? K 2 SO 4 +? Mn SO 4 +? O 2 +? H 2 O m)? H 2 C 2 O 4 +? K MnO 4 +? H 2 SO 4? K 2 SO 4 +? Mn SO 4 +? CO 2 +? H 2 O n)? Br 2 +? OH -? (Br O 3 ) - +? Br - +? H 2 O o)? H 2 O 2 +? (Mn O 4 ) -? Mn 2+ +? O 2 +? OH - p)? As 4 O 6 +? H 2 O? H 3 AsO 4 +? H + +? e - 20 q)? As 4 O 6 +? (Mn O 4 ) - +? H + +? H 2 O? H 3 As O 4 +? Mn 2+ r)? Ca Cl 2 +? Na 2 HPO 4 +? NH + 4 +? OH -? Na Cl +? NH 4 Cl +? H 2 O +? Ca 3 (PO 4 ) 2 Aufgabe ST-CRG-5: Ergänze untenstehende Reaktionsgleichungen a)? N 2 O 3 +? K MnO 4 +? H 2 SO 4? H NO 3 +? K 2 SO 4 +? Mn SO 4 +? H 2 O b)? Mn SO 3 +? K MnO 4 +? H 2 SO 4? Mn SO 4 +? K 2 SO 4 +? H 2 O c)? Mn O 2 +? H 2 C 2 O 4 +? H 2 SO 4? Mn SO 4 +? CO 2 +? H 2 O d)? K MnO 4 +? H 2 SO 4 +? H 2 S? Mn SO 4 +? K 2 SO 4 +? H 2 O e)? Hg Cl 2 +? SO 2 +? H 2 O? Hg 2 Cl 2 +? H 2 SO 4 +? HCl f)? K 2 Cr 2 O 7 +? H 2 SO 4 +? SO 2? K 2 SO 4 +? Cr 2 (SO 4 ) 3 +? H 2 O g)? K 2 Cr 2 O 7 +? H 2 S? K 2 Cr O 4 +? Cr (OH) 3 +? S 8 h)? Pb 3 O 4 +? H NO 3? Pb (NO 3 ) 2 +? Pb O 2 +? H 2 O i)? S 8 +? K NO 3? K 2 SO 4 +? SO 2 +? N 2 j)? C +? K NO 3? K 2 CO 3 +? CO 2 +? N 2 k)? As 2 S 3 +? Na 2 S? As +? Na 3 As S 4 l)? Cl O 2 +? H 2 O? H Cl O 3 +? HCl m)? C 4 H 4 Sb K O 7 +? H NO 3 +? H 2 O? C 4 H 6 O 6 +? K NO 3 +? Sb (OH) 3 n)? P 3 N 3 Cl 6 +? H 2 O? P 2 O 3 (NH 2 ) 2 (OH) 2 +? HCl Lösungen:

ST-CRG-1: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O. ST-CRG-2: 3 H 2 + N 2 2 NH 3. ST-CRG-3: Pb O 2 + Pb + 2 H 2 SO 4 2 Pb SO 4 + 2 H 2 O ST-CRG-4: a) 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 b) CO + H 2 O CO 2 + H 2 c) 3 Fe + 4 H 2 O Fe 3 O 4 + 4 H 2 d) 2 Al + 6 H + 2 Al 3+ + 3 H 2 e) 2 Na HCO 3 Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O f) Fe 2 O 3 + 3 CO 2 Fe + 3 CO 2 g) Sn + 4 HNO 3 H 2 SnO 3 + 4 NO 2 + H 2 O h) 4 H 3 BO 3 + Na 2 CO 3 Na 2 B 4 O 7 + 6 H 2 O + CO 2 i) 6 KOH + 3 Cl 2 K Cl O 3 + 5 KCl + 3 H 2 O j) 10 Fe SO 4 + 8 H 2 SO 4 + 2 K MnO 4 5 Fe 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + 2 Mn SO 4 + 8 H 2 O k) I 2 + 10 H NO 3 2 H IO 3 + 10 NO 2 + 4 H 2 O l) 4 K MnO 4 + 6 H 2 SO 4 2 K 2 SO 4 + 4 Mn SO 4 + 5 O 2 + 6 H 2 O m) 5 H 2 C 2 O 4 + 2 K MnO 4 + 3 H 2 SO 4 K 2 SO 4 + 2 Mn SO 4 + 10 CO 2 + 8 H 2 O n) 3 Br 2 + 6 OH - Br O - 3 + 5 Br- + 3 H 2 O 21 o) 3 H 2 O 2 + 2 Mn O - 4 2 Mn2+ + 4 O 2 + 6 OH - p) As 4 O 6 + 10 H 2 O 4 H 3 AsO 4 + 8 H + + 8 e - q) 5 As 4 O 6 + 8 Mn O - 4 + 24 H+ + 18 H 2 O 20 H 3 AsO 4 + 8 Mn 2+ r) 3 Ca Cl 2 + 2 Na 2 HPO 4 + 2 NH + 4 + 2 OH - 4 NaCl + 2 NH 4 Cl + 2 H 2 O + Ca 3 (PO 4 ) 2 ST-CRG-5: a) 5 N 2 O 3 + 4 K MnO 4 + 6 H 2 SO 4 10 H NO 3 + 2 K 2 SO 4 + 4 Mn SO 4 + H 2 O b) 5 Mn SO 3 + 2 K MnO 4 + 3 H 2 SO 4 7 Mn SO 4 + K 2 SO 4 + 3 H 2 O c) Mn O 2 + H 2 C 2 O 4 + H 2 SO 4 Mn SO 4 + 2 CO 2 + 2 H 2 O d) 8 K MnO 4 + 7 H 2 SO 4 + 5 H 2 S 8 Mn SO 4 + 4 K 2 SO 4 + 12 H 2 O e) 2 Hg Cl 2 + SO 2 + 2 H 2 O Hg 2 Cl 2 + H 2 SO 4 + 2 HCl f) K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 + 3 SO 2 K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4 ) 3 + H 2 O g) 16 K 2 Cr 2 O 7 + 24 H 2 S 16 K 2 Cr O 4 + 16 Cr (OH) 3 + 3 S 8 h) Pb 3 O 4 + 4 H NO 3 2 Pb (NO 3 ) 2 + Pb O 2 + 2 H 2 O i) S 8 + 8 K NO 3 4 K 2 SO 4 + 4 SO 2 + 4 N 2 j) 5 C + 4 K NO 3 2 K 2 CO 3 + 3 CO 2 + 2 N 2 k) 5 As 2 S 3 + 9 Na 2 S 4 As + 6 Na 3 As S 4 l) 6 Cl O 2 + 3 H 2 O 5 H Cl O 3 + HCl m) C 4 H 4 Sb K O 7 + H NO 3 + 2 H 2 O C 4 H 6 O 6 + K NO 3 + Sb (OH) 3 n) 2 P 3 N 3 Cl 6 + 15 H 2 O 3 P 2 O 3 (NH 2 ) 2 (OH) 2 + 12 HCl 2.7 Gewichtsverhältnisse bei chemischen Reaktionen

22 Bei einer chemischen Reaktion können die Edukte im stöchiomerischen Verhältnis eingesetzt werden, oder einer der Reaktanten kann im Überschuss vorhanden sein. Wir gehen vorläufig davon aus, dass chemische Reaktionen in einer Richtung bis zur Vollständigkeit ablaufen. In diesem Fall ist die Menge an gebildeten Produkten ausschliesslich abhängig von dem Edukt von welchem "am wenigsten" vorhanden ist. In einer chemischen Reaktion ist das Produkt von Anzahl mol dividiert durch die stöchiometrischen Koeffizienten konstant. Nachfolgend werden die stöchiometrischen Koeffizienten in der Reaktionsgleichung mit "stöch. Koeff." abgekürzt. Z.B. bei der Gärungsgleichung gilt C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 Molekulargewicht [g / mol]: 180 46 44 stöch. Koeff.: 1 2 2 Anzahl mol (n): x 2x 2x In Wirklichkeit kann von einem oder mehreren Reaktanten wie erwähnt ein Überschuss vorliegen. Man orientiert sich am Reaktanten mit dem geringsten Wert von n / (stöch. Koeff.) = m / [M (stöch. Koeff.)]. Beispiel: Für die Herstellung von Anilin aus Nitrobenzol werden 492 kg Nitrobenzol mit 750 kg Eisen vermengt. Berechne folgendes: a) Die erforderliche Menge (in kg) an Salzsäure. b) Die in (a) berechnete Menge an Salzsäure in Litern, wenn eine wässrige Lösung der Konzentration 12 M eingesetzt wurde. c) Die theoretische Ausbeute an Anilin. d) Die prozentuale Ausbeute (bezogen auf (c)) an Anilin, wenn die tatsächliche Ausbeute lediglich 345 kg betrug. Die Reaktionsgleichung lautet C 6 H 5 NO 2 + 3 Fe + 6 HCl C 6 H 5 NH 2 + 3 Fe Cl 2 + 2 H 2 O. Lösung: Es werden gerundete Molekulargewichte verwendet. Das (gerundete) Molekulargewicht von Nitrobenzol (C 6 H 5 NO 2 ) beträgt 123 g / mol und dasjenige von Eisen beträgt 56 g / mol. Man hat dann also rund 4000 mol Nitrobenzol und 13'400 mol Eisen als Edukte. Die Werte n / (stöch. Koeff.) sind 4000 mol und ungef. 4464 mol für Nitrobenzol, resp. Eisen. Man stellt fest, dass Eisen im Überschuss vorliegt und orientiert sich im folgenden an der vorhandenen Menge an Nitrobenzol. Es gilt dann C 6 H 5 NO 2 + 3 Fe + 6 HCl C 6 H 5 NH 2 + 3 Fe Cl 2 + 2 H 2 O Molekulargewicht 123 56 36,5 93 127 18 stöch. Koeff. 1 3 6 1 3 2 Masse [kg] 492 Anz. mol [mol] 4000 n / (stöch. Koeff.) 4000 4000 4000 4000 4000 4000 Konzentration [M] Volumen [Liter]

23 In obiger Tabelle wurde anhand der vorhandenen Menge an Nitrobenzol in kg die Anzahl mol bestimmt. Dann wurde für Nitrobenzol ein Eintrag für n / (stöch. Koeff.) bestimmt. In diesem Fall bleibt sich das gleich, weil die "stöch. Koeff." von Nitrobenzol in der Reaktionsgleichung gleich 1 ist. Die Zeile mit den Einträgen für n / (stöch. Koeff.) wurde dann überall mit dem gefundenen Wert (4000 mol) aufgefüllt. Die Anzahl mol erhält man dann, indem man die entsprechenden Einträge in dieser Zeile mit den respektiven stöchiometrischen Koeffizienten multipliziert. C 6 H 5 C + 3 Fe + 6 HCl 6 H 5 3 Fe + NO 2 NH 2 Cl 2 + 2 H 2 O Molekulargewicht 123 56 36,5 93 127 18 stöch. Koeff. 1 3 6 1 3 2 Masse [kg] Anz. mol [mol] 4000 12'000 24'000 4000 12'000 8000 n / (stöch. Koeff.) 4000 4000 4000 4000 4000 4000 Konzentration [M] Volumen [Liter] Durch Multiplikation der Anzahl mol von jedem Reaktionsteilnehmer mit dem respektiven Molekulargewicht erhält man die Masse in Gramm. C 6 H 5 C 6 H 5 3 Fe + 3 Fe + 6 HCl + NO 2 NH 2 Cl 2 + 2 H 2 O Molekulargewicht 123 56 36,5 93 127 18 stöch. Koeff. 1 3 6 1 3 2 Masse [kg] 492 672 876 372 1524 144 Anz. mol [mol] 4000 12'000 24'000 4000 12'000 8000 n / (stöch. Koeff.) 4000 4000 4000 4000 4000 4000 Konzentration [M] 12 Volumen [Liter] Das Volumen der erforderlichen Menge an Salzsäure (HCl) erhält man Division der Masse (in Gramm) durch das Molekulargewicht und die molare Konzentration, d.h. Volumen = Masse (in Gramm) Molekulargewicht [H Cl] Die vervollständigte Tabelle sieht dann wie folgt aus: C 6 H 5 NO 2 + 3 Fe + 6 HCl C 6 H 5 NH 2 + 3 Fe Cl 2 + 2 H 2 O Molekulargewicht 123 56 36,5 93 127 18 stöch. Koeff. 1 3 6 1 3 2 Masse [kg] 492 672 876 372 1524 144 Anz. mol [mol] 4000 12'000 24'000 4000 12'000 8000 n / (stöch. Koeff.) 4000 4000 4000 4000 4000 4000 Konzentration [M] 12 Volumen [Liter] 2000 Die Antworten lauten also wie folgt:

24 a) Es werden 876 kg Salzsäure (HCl) benötigt. b) Es werden 2000 Liter 12 M Salzsäure benötigt. c) Man erhält höchstens 372 kg Anilin (theoretische Ausbeute). d) Die prozentuale Ausbeute (bezogen auf (c)) an Anilin, betrug 345 372 (100 %) = 92,7 %. Aufgabe ST-ST-1: Welcher Reaktant bestimmt die theoretische Ausbeute folgender Reaktionen: a) 2 H 2 + O 2 2 H 2 O. 5 Liter H 2 und 3 Liter O 2 bei einem Molvolumen von 22 Liter (pro Mol). b) 4 Fe + 3 O 2 2 Fe 2 O 3. 25 g Fe und 10 Liter O 2 bei einem Molvolumen von 22 Liter (pro Mol). c) 2 Na OH + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + 2 H 2 O. Es werden 250 ml 0,4 M Na OH und 150 ml 0,5 M zusammengegossen. Aufgabe ST-ST-2: Berechne theoretische Ausbeuten für folgende Reaktionen: a) CS 2 + 3 Cl 2 CCl 4 + S 2 Cl 2 aus 3 kg CS 2 und einem Überschuss an Chlorgas (Cl 2 ). b) 2 C 2 H 6 + 7 O 2 4 CO 2 + 6 H 2 O aus 2,4 kg Ethan (C 2 H 6 ) und einem Überschuss an Sauerstoff. c) Mn O 2 + 4 HCl Mn Cl 2 + Cl 2 + 2 H 2 O aus 8,7 kg Mn O 2 und 8000 Litern HCl(g), bei einem Molvolumen von 22 Liter (pro Mol). d) 5 P 4 O 6 + 8 I 2 4 P 2 I 4 + 3 P 4 O 10 aus 220 g P 4 O 6 und 450 g I 2. e) 2 Al + Fe 2 O 3 2 Fe + Al 2 O 3 aus 540 g Aluminium und 2 kg Fe 2 O 3. (Thermitreaktion). Aufgabe ST-ST-3: Natriumazid (Na N 3 ) wird im Labor nach folgender Reaktionsgleichung hergestellt: 3 Na NH 2 + Na NO 3 Na N 3 + 3 Na OH + NH 3. a) Wie viele Gramm Natriumazid könnte man theoretisch aus 15 g Na NH 2 herstellen? b) Welche prozentuale Ausbeute wurde erzielt, wenn die tatsächliche Ausbeute an Natriumazid 7 g betrug? Aufgabe ST-ST-4: Die Reaktion von P 4 O 10 und PCl 5 ergibt als einziges Produkt PO Cl 3. a) Bestimme die Reaktionsgleichung. b) Welche Menge an PO Cl 3 könnte man aus 7 g P 4 O 10 und 35 g PCl 5 höchstens erhalten? Aufgabe ST-ST-5: Beim Brennen von Kalk wird Calciumcarbonat nach folgender Reaktionsgleichung zersetzt: Ca CO 3 Ca O + CO 2. Wie viele Liter Kohlendioxid (CO 2 ) werden beim Brennen von 20 t Kalk freigesetzt, wenn das Molvolumen (von CO 2 ) 22 Liter beträgt? Aufgabe ST-ST-6: Titanweiss (Ti O 2 ) reagiert mit Chlorgas (Cl 2 ) und Kohlenstoff wie folgt:? Ti O 2 +? Cl 2 +? C? Ti Cl 4 +? CO 2. a) Schreibe eine korrekte Reaktionsgleichung für die Reaktion. b) Bestimme wie viele Liter Chlorgas (Cl 2 ) benötigt werden, damit 5 kg Titanweiss vollständig in Ti Cl 4 überführt wird, wenn ein Überschuss an Kohlenstoff vorliegt. Das Molvolumen von Chlorgas sei 22 Liter.

25 Aufgabe ST-ST-7: In einer erfolglosen Polarexpedition ausgehend von Spitzbergen wollte Andrées im Jahre 1897 mit einem Wasserstoffballon den Nordpol erreichen. Um den Ballon mit Wasserstoff zu füllen wurde dieser vor Ort nach folgender Reaktion aus Eisenspänen und konzentrierter Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) erzeugt: Fe + H 2 SO 4 Fe SO 4 + H 2 (g) Bestimme die Menge an Eisenspänen und konzentrierter Schwefelsäure, die nach Spitzbergen transportiert werden mussten, um den Ballon mit einem Fassungsvermögen von 4800 m³ mit Wasserstoff zu füllen, wenn dessen Molvolumen 22 Liter betrug. Aufgabe ST-ST-8: Um 250 ml ammoniakhaltiges Abwasser mit 0,01 M Salzsäure nach folgender Reaktionsgleichung NH 3 + HCl NH 4 Cl zu titrieren wurden 7,5 ml Säure benötigt. Bestimme die Konzentration von Ammoniak im Abwasser. Aufgabe ST-ST-9: Wie viel Aceton (CH 3 CO CH 3 ) entsteht beim Erhitzen von 79 kg Calciumacetat? Die Reaktionsgleichung lautet wie folgt: Ca (CH 3 COO) 2 CH 3 CO CH 3 + Ca CO 3. Aufgabe ST-ST-10: Wie viel Borsäure (H 3 BO 3 ) entsteht beim Ansäuern von 573 g Borax (Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O)? Die Reaktionsgleichung lautet Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O + 2 HCl 4 H 3 BO 3 + 2 Na Cl + 5 H 2 O. Aufgabe ST-ST-11: Wie viele Liter Wasser werden zum "Löschen" von 400 kg gebranntem Kalk nach folgender Reaktionsgleichung benötigt: Ca O + H 2 O Ca (OH) 2. Die Dichte von Wasser sei 1000 kg / m³. Aufgabe ST-ST-12: Wie viel Quarz und Magnesium muss man mischen, um 84 kg Silizium herzustellen? Die Reaktionsgleichung lautet 2 Mg + Si O 2 2 Mg O + Si. Aufgabe ST-ST-13: Wie viele kg Kalkstickstoff (Ca NCN) entstehen aus 800 kg Calciumcarbid (Ca C 2 )? Die Reaktionsgleichung lautet Ca C 2 + N 2 Ca NCN + C. Aufgabe ST-ST-14: Wie viele Liter gasförmigen Sauerstoff (O 2 ) entstehen bei der Zersetzung von 25 kg Kaliumchlorat (K Cl O 3 ) gemäss folgender Reaktion: 2K Cl O 3 K Cl + 3 O 2, bei einem Molvolumen 22.4 Liter? Aufgabe ST-ST-15: Lithiumhydroxid (Li OH) absorbiert Kohlendioxid (CO 2 ) gemäss folgender Reaktionsgleichung: 2 Li OH + CO 2 Li 2 CO 3 + H 2 O. Wie viele Gramm Kohlendioxid befanden sich in einem Behälter, wenn 4.2 g Lithiumcarbonat (Li 2 CO 3 ) gebildet wurden? Aufgabe ST-ST-16: Wie viele Kilogramm Schwefeldioxid (SO 2 ) entstehen bei der Verbrennung einer Tonne Kohle, welche 0,8 Gewichtsprozent Schwefel enthält? Die Reaktionsgleichung für die Bildung von Schwefeldioxid bei der Verbrennung der Kohle lautet wie folgt: S + O 2 SO 2. Aufgabe ST-ST-17: Eine Bodenprobe wird mit einer starken Säure versetzt. Die Säure zersetzt den im Boden enthaltenen Kalk (Ca CO 3 ), wobei gasförmiges Kohlendioxid (CO 2 ) entsteht. Die Reaktionsgleichung lautet Ca CO 3 + 2H + Ca 2+ + H 2 O + CO 2 Berechne den prozentualen Gewichtsanteil von Kalk an einer Bodenprobe von 25g, wenn aus dieser durch die Einwirkung einer starken Säure 800 ml Kohlendioxid freigesetzt werden. Das Molvolumen sei 22 Liter.

Aufgabe ST-ST-18: In einer Alkalibatterie findet beim Entladen folgende Reaktion statt:? Zn +? Mn O 2 +? NH + 4? Zn 2+ +? Mn 2 O 3 +? H 2 O +? NH 3 26 a) Bestimme die fehlenden stöchiometrischen Koeffizienten in obiger Reaktionsgleichung. b) Eine Alkalibatterie enthält 7 g Zink. Wie viel Braunstein (Mn O 2 ) muss in der Batterie enthalten sein, damit alles metallische Zink in der Batterie nach obiger Reaktionsgleichung zu Zn 2+ oxidiert werden kann? Lösungen: ST-ST-1: a) H 2. b) Fe. c) Na OH. ST-ST-2: a) 6061 g CCl 4 und 5321 g S 2 Cl 2. b) 7,025 kg CO 2 und 4,314 kg H 2 O. c) 11,44 kg Mn Cl 2, 6,446 kg Cl 2 und 3,276 kg H 2 O. Überschuss von 797 g Mn O 2. d) 455,9 g P 2 I 4 und 170,4 g P 4 O 10. Überschuss von 43,7 g I 2. e) 1,118 kg Fe und 1,020 kg Al 2 O 3. Überschuss von 402 g Fe 2 O 3. ST-ST-3: (a) 8,33 g Na N 3. (b) 84%. ST-ST-4: a) P 4 O 10 + 6 PCl 5 10 PO Cl 3. b) 37.8 g PO Cl 3. Überschuss von 4.2 g P Cl 5. ST-ST-5: 4 396 000 Liter CO 2 = 4396 m³ CO 2. ST-ST-6: a) Ti O 2 + 2 Cl 2 + C Ti Cl 4 + CO 2. b) 2754 Liter Cl 2. ST-ST-7: 12,2 t Fe und 21,4 t H 2 SO 4. ST-ST-8: 0,0003 M NH 3. ST-ST-9: 29,01 kg Aceton (CH 3 CO CH 3 ). ST-ST-10: 371,6 g Borsäure (H 3 BO 3 ). ST-ST-11: 128.4 Liter Wasser. ST-ST-12: 145.4 kg Mg und 179.7 kg Si O 2. ST-ST-13: 999.7 kg Kalkstickstoff (Ca NCN). ST-ST-14: 6854 Liter. ST-ST-15: 0.05684 mol CO 2. Das sind 2.50g CO 2. ST-ST-16: 15.98 kg Schwefeldioxid (SO 2 ). ST-ST-17: 14.6%. ST-ST-18: a) Zn + 2 Mn O 2 + 2 NH + 4 Zn 2+ + Mn 2 O 3 + H 2 O + 2 NH 3. (b) Man benötigt 18.6g Braunstein.