Elemente und Moleküle, Schulbuch

44 3 DIe CHeMISCHe ReAKtIoN ■ 44.1: Wie viel 65%ige Salpetersäure ( r = 1400g/L) benötigt man zur Herstellung von 1 Liter Salpetersäure mit c = 2 mol/L ? ■ 44.2: Reih nach steigender Gasdichte (bei gleichen Bedingungen): HCl, Luft, CH 4 , CO, N 2 , O 2 , CO 2 , SO 2 , N 2 O! ÜBUNGeN ■ 44.2: Die Dichte von Kohlenstoffdioxid Man füllt eine Proberöhre vollständig mit Kohlenstoffdioxid (zB mit Hilfe einer Brausetablette). Ein brennendes Streichholz erlischt im Kohlenstoffdioxid. Da Kohlenstoffdioxid eine größere Dichte als Luft hat, kann man es in eine zweite Proberöhre „gießen“. Das Erlöschen eines weiteren Streichholzes zeigt, dass Koh- lenstoffdioxid die Luft verdrängt hat. SCHÜLeRVeRSUCH 1 2 1 2 1 2 ■ 44.1: Elektrolyse von Wasser Man elektrolysiert Wasser mit dem Hoff- mann’schen Zersetzungsapparat. Man beob- achtet die Entstehung von Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis 2:1. LeHReRVeRSUCH O 2 H 2 H 2 O Energie- zufuhr M (Luft) = 4 • M (N 2 ) + M (O 2 ) 5 = = 4 • 28 + 32 5 = = 28,8 g/mol Dichte (Gas) = Molmasse (Gas) Molvolumen (Gas) Abb. 44.1: Gesetz von Avogadro Gleiche Volumina enthalten bei gleichem Druck und gleicher Temperatur gleich viele Gasteilchen Abb. 44.2: Berechnung der durchschnittlichen Mol- masse von Luft Abb. 44.3: Berechnung der Gasdichte Gasgesetze Für gasförmige Stoffe – sofern man von idealen Gasen (kein Eigenvolumen und kei- ne Wechselwirkung zwischen den Gasteilchen) ausgeht – gibt es einige spezielle Gesetzmäßigkeiten. (Die Gasgesetze wurden ausführlich in Physik vorgestellt; sie werden hier nur kurz und mit den chemierelevanten Aspekten behandelt.) Gesetz von Avogadro Das Gasvolumen ist nur von Druck, Temperatur und Molanzahl abhängig und nicht von der Stoffart. Dh., bei gegebenem Druck und gegebener Temperatur nehmen alle Gase bei gleicher Teilchenzahl das gleiche Volumen ein. Das Volumen von einem Mol nennt man Molvolumen V m (Einheit Liter/mol oder m 3 /kmol). Das Volumen einer beliebigen Molanzahl berechnet man nach der Beziehung V = V m • n ( V m … Molvolumen des Gases, V … aktuelles Volumen des Gases Vergleiche: m = M • n) Beispiel: Bei 25 °C (= 298 K) und einem Druck von 1 bar beträgt das Molvolumen 24,8 L/mol. 3 Ballons wurden mit 3 Liter Helium bzw. Luft („Formel“ 4N 2 + O 2 ) bzw. Kohlenstoff- dioxid (CO 2 ) gefüllt. Berechne die Masse der Ballonfüllung! m (He) = M (He) • n (Gas) = 4 • 0,12 = 0,48 g m (Luft) = M (Luft) • n (Gas) = 28,8 • 0,12 = 3,46 g m (CO 2 ) = M (CO 2 ) • n (Gas) = 44 • 0,12 = 5,28 g Gasdichte Die Dichte von Gasen lässt sich nach nebenstehender Beziehung bestimmen. Da bei gegebenen Bedingungen das Molvolumen aller Gase gleich ist, genügt für einen Dichtevergleich die Betrachtung der Molmassen. So erkennt man, dass He mit M = 4 g/mol eine geringere Dichte als Luft ( M = 28,8 g/mol) besitzt, während CO 2 mit M = 44 g/mol eine größere Dichte als Luft aufweist. Das Gas mit der geringsten Dichte ist H 2 ( M = 2 g/mol). Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv