Big Bang HTL 2, Schulbuch

70 Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) Chemiker wollen nämlich meist im Voraus wissen, wie viel von welchem Stoff sie für eine Reaktion nehmen müssen. Und wie viel bedeutet in diesem Fall eine Masseneinheit . Eigentlich ist es ganz einfach: Wenn Calcium und Chlor auf atomarer Ebene im Verhältnis 40,1 u zu 70u reagieren, tun sie das auf makroskopischer Ebene auch! Man kann also durchaus 40,1 Gramm Ca mit 70 Gramm Cl 2 reagieren lassen und erhält dann 110,1 Gramm CaCl 2 . Um die Beziehung zwischen der atomaren Masseneinheit unit und der allgemein gebräuchlichen Masseneinheit Gramm berechenbar zu machen, hat man den Begriff der Stoffmenge eingeführt. Die Stoffmenge n ist eine der 7 SI-Basisgrößen (siehe Band 1), hat die Einheit mol und bezeichnet die Menge (= Anzahl, Stückzahl) von 6,022 · 10 23 „irgendwas“: Atome, Ionen, Chemiebücher, Kühlschränke. Die Zahl von 6,022 · 10 23 heißt Avogadro-Konstante N A und ist quasi der Umrechnungsfaktor zwischen der atomaren Einheit unit und der im Labor gebräuchlichen Einheit Gramm. 1mol enthält N A Teilchen Tab. 5.1: Beziehung zwischen Menge und Masse – mikroskopisch und makroskopisch 1 Ca + 1 Cl 2 ® 1 CaCl 2 1 Stück 1 Stück 1 Stück 40,1 unit 70 unit 110,1 unit aber auch 1mol 1mol 1mol 40,1 g 70g 110,1 g Die 40,1 g von einem Mol Calcium(atomen) bezeichnet man auch als Molmasse M . Sie entspricht, wie schon gesagt, dem Zahlenwert der mittleren Atommasse und hat die Einheit g/mol. Man kann sie im PSE ablesen. Es gilt die Beziehung Stoffmenge n [mol] = ​ Masse m [g] ________________ Molmasse M [g/mol] ​ Oder auch m = n · M Damit kann man nun Berechnungen anstellen: Beispiel: Wie schwer sind ein Mol O 2 -Moleküle? m = n · M m = 1 · (16,0 × 2) = 32g Antwort: 1 Mol Sauerstoffmoleküle sind 32g schwer. Abb. 5.8: Waagen mit verschiedenen Substanzen je 1mol Beispiel: Wie viele mol Wassermoleküle sind in 90g Wasser enthalten? n = ​ m (geg.) ______ M (PSE) ​= ​ 90g ______ 18g/mol ​= 5mol Antwort: 90g Wasser enthalten 5mol Wassermoleküle. Nun gehen wir noch einen Schritt weiter, nämlich von einzel- nen Formeln zu ganzen Gleichungen: Wenn man als Chemiker eine Reaktionsgleichung kennt und eine Periodensystem zur Verfügung hat, kann man sich von jeder Reaktion die Mengen und Massen aller Edukte und Produkte ausrechnen (siehe Beispiel unten)! Man kann sich z. B. im Vorhinein ausrechnen, wie viel man von einem Edukt braucht, um 2 Tonnen eines bestimmten Produktes herzustellen. Oder man kann berechnen, wie viele Abgase bei einer Reaktion entstehen werden. Beispiel: Wie viel g Calcium benötigt man, um 1 kg CaCl 2 herzu- stellen? (Reaktion mit Cl 2 ) 1 Gleichung aufstellen und gegebenenfalls richtigstellen Ca + Cl 2 ® CaCl 2 2 Stoffmenge von 1 kg CaCl 2 bestimmen n = m / M n = 1000g/(110,1 g · mol –1 ) n = 9,082 65mol 3 Verhältnisse von Edukt und Produkt aus der Reaktionsgleichung ablesen 1 Ca ® 1 CaCl 2 Verhältnis 1 : 1 zur Herstellung von 9,08mol CaCl 2 benötigt man auch 9,08mol Ca 4 Masse von 9,082 65mol Ca bestimmen m = n × M m = 9,082 65mol × 40,1 g · mol –1 = 364,21 g Antwort: Man benötigt 364,21 g Calcium, um ein kg Calci- umchlorid herzustellen. Beispiel: Wie viel g CO 2 entstehen bei der Verbrennung von 1 kg Diesel? Annahme: Diesel besteht aus Undecan C 11 H 24 (In Wirklich- keit ist Diesel ein Gemisch aus vielen, aber ähnlichen Sub- stanzen.) 1. Gleichung aufstellen: C 11 H 24 + 17 O 2 ® 11 CO 2 + 12 H 2 O 2. Stoffmenge von 1 kg (1000g) Undecan bestimmen: n = 1000/156 = 6,41mol 3. Abstimmen mit der Gleichung: aus 1mol Undecan entstehen 11mol CO 2 aus 6,41mol Undecan entstehen 70,51mol CO 2 4: Masse von 70,51mol CO 2 berechnen: m (CO 2 ) = 70,51 × 44 = 3102g = 3,102 kg Antwort: Aus 1 kg Diesel entstehen 3102g oder 3,102 kg Koh- lendioxid. Vergleiche diesen Wert mit deinem geschätzten Wert von F13 ! Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv