EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Umsatzberechnungen KM-5: Substanz und Energie 71 71 Umsatzberechnung m = M . n Ziel der Berechnung Man schließt von der Masse eines Stoffes auf die Masse eines anderen Stoffes. Wie viel eines Stoffes entsteht … ? Wie viel Ausgangsstoff benötige ich um … ? Wie viel muss ich von beiden Ausgangsstoffen nehmen, damit die Reaktion gut geht? Welcher Stoff limitiert die Reaktion? … Reaktionsgleichung - Molvergleich Die Basis der Berechnung stellt die Reaktionsgleichung dar. Sie zeigt das Mol- verhältnis der reagierenden Stoffe. Für die Reaktion 3 H 2 + N 2 → 2 NH 3 gilt zB das Molverhältnis für n H 2 / n NH 3 = 3/2. Je nachdem welcher Stoff gesucht, bzw. gegeben ist, löst man diese Gleichung nach n H 2 oder n NH 3 auf. (siehe Übung 71.1 bis 71.3) Beispiele #1 Wie viel Gramm Ammoniak kann man aus 60 g Wasserstoff bei der Reakti- on mit überschüssigem Stickstoff gewinnen? Angabe der Reaktionsgleichung 3 H 2 + N 2 → 2 NH 3 Aufschlüsseln der Angabe m (H 2 ) = 60 g m (NH 3 ) = ? (gesucht) Die Aussage „überschüssiger Stickstoff“ bedeutet, dass ausreichend Stickstoff vorhanden ist. Dieser muss daher bei diesem Beispiel nicht beachtet werden. Weiters kennt man die Molmasse der beiden Stoffe. M (H 2 ) = 2 g/mol (aus PSE) M (NH 3 ) = 17 g/mol (aus PSE) Berechnung nach dem „3-Schritte-Programm“ #2 20 g Wasserstoff und 50 g Kohlenstoffmonoxid werden zur Reaktion ge- bracht. Berechne die maximale Masse an Methanol, die gebildet werden kann. Welcher Stoff begrenzt die Reaktion? Welcher Stoff liegt im Über- schuss vor? Wieviel Gramm dieses Stoffes bleiben übrig? Angabe der Reaktionsgleichung 2 H 2 + CO → CH 3 OH Aufschlüsseln der Angabe m (H 2 ) = 20 g M (H 2 ) = 2 g/mol m (CO) = 50 g M (CO) = 28 g/mol m (CH 3 OH) = ? (gesucht) M (CH 3 OH) = 32 g/mol Berechnung nach dem „3-Schritte-Programm“ 1. c n (H 2 ) = 20 g/2 g/mol = 10 mol n (CO) = 50 g/28 g/mol = 1,8 mol 2. c n (CH 3 OH) = n (CO) = 1,8 mol n (CH 3 OH) = 1/2 n (H 2 ) = 10 mol ⇒ CO begrenzt die Reaktion! 3. c m (CH 3 OH) = 32 g/mol • 1,8 mol = 57,6 g Der Stoff im Überschuss ist Wasserstoff. n (H 2 verbraucht) = 2 • n (CO) = 3,6 mol n (H 2 Rest) = 10 mol – 3,6 mol = 6,4 mol m (H 2 Rest) = 2 g/mol • 6,4 mol = 12,8 g Stoff 1 mit gegebener Größe Stoff 2 mit gesuchter Größe Üb Übungen 71.1 bis 71.3 Übungen zum Molvergleich 1. Wie viel Mol Methanol (CH 3 OH) kann- man aus 15 mol Wasserstoff erzeugen? 2 H 2 + CO → CH 3 OH 2. Wie viel Mol Sauerstoff benötigt man für die Verbrennung von 10 mol Butan? C 4 H 10 + 6,5 O 2 → 4 CO 2 + 5 H 2 O 3. Wie viel mol HCl benötigt man zum Umsatz von 8,5 mol Eisen(II)-chlorid? KMnO 4 + 5 FeCl 2 + 8 HCl → MnCl 2 + 5 FeCl 3 + 4 H 2 O + KCl Üb Übungen 71.4 bis 71.7 Übungen zur Umsatzberechnung 4. Wie viel kg SO 2 entstehen bei der Ver- brennung von 10 t Kohle mit einem Schwefelgehalt von 3 %? 5. Wie viel kg reines Aluminiumoxid be- nötigt man zur Herstellung von 1 t Alu- minium? Al 2 O 3 → 2 Al + 1,5 O 2 6. Wie viel g Aluminium benötigt man zur Herstellung von 10 g Wasserstoff durch Reaktion mit überschüssiger Salzsäu- re? Al + 3 HCl → AlCl 3 + 1,5 H 2 7. Die Bläschen, die beim Auflösen einer Brausetablette in Wasser entstehen, werden durch die Reaktion von Nat- riumhydrogencarbonat (NaHCO 3 ) mit Citronensäure (H 3 C 6 H 5 O 7 ) erzeugt: 3 NaHCO 3 (aq) + H 3 C 6 H 5 O 7 (aq) → 3 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l) + Na 3 C 6 H 5 O 7 (aq) In einem Experiment reagieren 2,00 g Natriumhydrogencarbonat und 2,00 g Citronensäure. a) Welcher Ausgangsstoff begrenzt die Reaktion? b) Wie viel Gramm Kohlenstoffdioxid werden gebildet? c) Wie viel Gramm des zweiten Aus- gangsstoffes bleiben über, wenn der andere Stoff vollständig reagiert hat. Schüler-Experiment 3.3 Wieviel % Speisesoda enthält Backpulver? 1. Schritt: n (H 2 ) 30 mol m (H 2 ) M (H 2 ) 60 g 2 g/mol = = = 2. Schritt: n (NH 3 ) 20 mol n (H 2 ) • F 2 F 1 30 mol • 2 3 = = = 3. Schritt: m (NH 3 ) = n (NH 3 ) • M (NH 3 ) = 20 mol • 17 g/mol = 340 g VS Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv