Bundesrealgymnasium Imst Chemie 2010

Bundesrealgymnasium Imst
Chemie 2010-11
Klasse 7
Stöchiometrie
Dieses Skriptum dient der Unterstützung des Unterrichtes - es kann den Unterricht aber nicht ersetzen, da im
Unterricht der Lehrstoff detaillierter aufgearbeitet wird, als dies im Skriptum der Fall ist.
Ergänzungen zum Skriptum werden während des Unterrichts durchgeführt.
In diesem Skriptum sind nur wenige Diagramme und Zeichnungen enthalten. Die fehlenden Diagramme werden
im Unterricht erarbeitet.
Inhalt
5
Stöchiometrie .................................................................................................................. 36
5.1
Allgemeine Grundlagen ........................................................................................... 36
5.2
Gesetz von der Erhaltung der Masse ........................................................................ 36
5.3
Gesetz der konstanten Proportionen ......................................................................... 36
5.4
Gesetz von Avogadro ............................................................................................... 36
5.5
Allgemeines Gasgesetz ............................................................................................ 36
5.6
Molmasse ................................................................................................................. 37
5.7
Systematische Namen .............................................................................................. 37
Chemie
Klasse 7
5
Stöchiometrie
Stöchiometrie
5.1 Allgemeine Grundlagen
Die Stöchiometrie ist die Lehre von der Berechnung der Zusammensetzung chemischer
Verbindungen sowie von den Massen-, Volumen- und Ladungsverhältnissen chemischer
Reaktionen.
Die einzigen Elemente, die aus Einzelatomen bestehen, sind die Edelgase. Bei vielen anderen
Elementen bestehen die kleinsten stabilen Teilchen aus zwei oder mehr Atomen. Sie heißen
Moleküle. Die Anzahl der miteinander verbundenen Atome wird durch ein chemische Formel
dargestellt. Eine kleine, tiefgestellte Zahl (Index) nach dem Elementsymbol gibt an, wie viele
Atome jeweils beteiligt sind
5.2 Gesetz von der Erhaltung der Masse
Das Massenerhaltungsgesetz wurde 1785 von Antoine Lavoisier als allgemein gültiges
Naturgesetz formuliert.
Bei einer chemischen Reaktion ist die Gesamtmasse der Ausgangsstoffe gleich der
Gesamtmasse der Endstoffe.
Wird die Masse eines Atoms in u angegeben, spricht man von der relativen Atommasse. Die
relative Atommasse Ar gibt an, um wie viel Mal die Masse eines Atoms größer ist als die
Atommasseeinheit u.
Alle Atome eines chemischen Elements haben dieselben chemischen Eigenschaften, können
aber unterschiedliche Massen besitzen.
Atome eines Elements mit unterschiedlichen Massen werden als Isotope bezeichnet.
Die relative Molekülmasse Mr gibt an, um wie viel Mal die Masse einer Verbindung größer
ist als die Atommasseeinheit u. Man berechnet sie, indem man die Summe der relativen
Atommasse Ar aus der chemischen Formel der Verbindung bildet.
5.3 Gesetz der konstanten Proportionen
Ein abgegrenzter Stoffbereich (z. B. ein Stück Holz) wird als Stoffportion bezeichnet. Jede
Stoffportion besitzt eine bestimmte Masse m, ein bestimmtes Volumen V und eine bestimmte
Stoffmenge n.
Stoffmenge n in mol:
Zwei Stoffportionen bestehen aus derselben Stoffmenge, wenn sie dieselbe Anzahl an
Teilchen besitzen.
Ein Mol ist die Menge eines Stoffes, die aus ebenso vielen Teilchen besteht, wie Atome in
12 g des reinen Kohlenstoffisotops 12C.
In jeder chemischen Verbindung sind die Elemente, aus denen die Verbindung besteht, in
konstanten Proportionen (Massenverhältnissen) enthalten.
5.4 Gesetz von Avogadro
Die Volumina der an einer Reaktion beteiligten Gase stehen im Verhältnis kleiner ganzer
Zahlen
Das Molvolumen VM eines Gases beträgt bei einer Temperatur von 0 °C und einem Druck von
1013,25 mbar genau 22,4 Liter. Liegen andere, als diese Normbedingungen vor, muss mit
Hilfe des allgemeinen Gasgesetzes auf Normbedingung umgerechnet werden.
5.5 Allgemeines Gasgesetz
p·V = k·T
Der Wert der Konstanten k hängt von der Gasmenge und nicht von der Gasart ab.
Allgemeine Gaskonstante
Dr. K.-H. Offenbecher
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Stöchiometrie
Liegt ein Mol eines Gases vor, so hat diese Konstante einen bestimmten Wert R
R = 0,083114 bar/(K · mol)
p·V = R·T
Für n Mol eines Gases muss die Konstante R mit n multipliziert werden.
p·V =n·R·T
5.6 Molmasse
Der Zahlenwert der relativen Atommasse Ar [u] eines Elements oder der relativen
Molekülmasse Mr [u] einer Verbindung entspricht dem Zahlenwert der molaren Masse
[g/mol].
Beispiel:
Die relative Molekülmasse Mr von H2O ist 18 u. Nimmt man NA Wassermoleküle, ergibt sich
eine Gesamtmasse von 18 g. Die molare Masse M der Verbindung Wasser beträgt daher 18
g/mol.
Ar(H2O) = 18 u
M(H2O) = 18 g/mol
5.7 Systematische Namen
Verbindungen aus zwei Elementen heißen binäre Verbindungen. Sind die Elemente ein Metall
und ein Nichtmetall, so steht das Metall unverändert an erster Stelle. An den Namen des
Nichtmetalls oder an seine Wortwurzel wird die Endung -id angehängt.
Bilden zwei Elemente mehr als eine Verbindung, wird die Zahl durch folgende Vorsilben
angegeben: mono (für eins), di (für zwei), tri, tetra, penta, hexa.
Namen mehratomiger Ionen (Komplexionen):
Für sauerstoffhaltige Anionen verwendet man meist die Endung –at oder –it.
Namen und Formeln einiger Salze mehratomiger Ionen
H:H:Cl
Ammoniumchlorid (Salmiak)
NH4Cl
Ammoniumsulfat
(NH4)SO4
N:H:S:O
Aluminiumsulfat
Al2(SO4)3
Al:S:O
Calciumcarbonat
CaCO3
Ca:C:O
Natriumnitrat (Chilisalpeter)
NaNO3
Na:N:O
Ca:N:O
Calciumnitrat
Ca(NO3)2
Verschiedene Salzkristalle enthalten pro
Wassermoleküle (Kristallwasser, Hydratwasser).
Beispiele:
CuSO4 · 5 H2O
Na2CO3 · 10 H2O
CuSO4
Formeleinheit
1:4:1
2:8:1:4
2:3:12
1:1:3
1:1:3
1:2:6
eine
bestimmteAnzahl
Kupfersulfat/pentahydrat
Natriumcarbonat/decahydrat
Kupfersulfat (wasserfrei)
Das Kristallwasser wird bei der Kristallisation aus wässriger Lösung in die Kristallstruktur
eingebaut. Wird das Wasser durch Erwärmen ausgetrieben, bricht meist die Kristallstruktur
zusammen.
Dr. K.-H. Offenbecher
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Stöchiometrie
Anhang
Verbindungen und Formeln
Viele chemische Verbindungen bestehen aus Molekülen,
deren Zusammensetzung durch Formeln angegeben wird.
Diese Formeln werden ermittelt, indem man die
Mengenverhältnisse der verschiedenen Elemente in den
Verbindungen in einer Analyse bestimmt.
Andere Verbindungen sind Gitter. Bei ihnen gibt die
Formel das Atomzahlenverhältnis im Gitter an. Man
spricht von Formeleinheiten.
• Salzartige Verbindungen bilden immer Gitter. Sie bestehen aus
Ionen.
• Ionen sind geladene Atome oder Moleküle.
• Kationen sind positiv geladen.
• Anionen sind negativ geladen.
• Metalle bilden immer Kationen.
• Nichtmetalle bilden immer Anionen.
• Eine Formeleinheit (z. B. NaCl, MgCl2)ist immer elektrisch
neutral.
Na+ + Cl- NaCl
Kation Anion
Neutral
Reaktionen und Gleichungen
Chemische Reaktionen, wie die Verbrennung von Schwefel kann man
beschreiben:
Schwefel + Sauerstoff Schwefeldioxid
In
der
Sprache
der
Chemie:
S + O2 SO2
Dr. K.-H. Offenbecher
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Stöchiometrie
Aufgaben
Formeln
1. Welches der folgenden Spezies sind Moleküle, ein – oder mehratomige Kationen oder
Anionen:
SO3, SO32-, K+, Ca2+, NH4+, O22-, OH2. Welche Formeln haben die Verbindung, die aus Magnesium Ionen(Mg2+) mit
folgenden Ionen gebildet werden: Chlorid, Cl-; Sulfat, SO42-; Nitrid, N33. Welche Formeln haben die Verbindungen, die aus Aluminium Ionen (Al3+) mit
folgenden Ionen gebildet werden:
Fluorid, F-; Oxid, O2-; Phosphat, PO434. Welche Formeln haben die Verbindungen, die aus Sulfat Ionen (SO42-) mit folgenden
Ionen gebildet werden:
Kalium, K+; Calcium, Ca2+; Eisen, Fe3+
5. Welche empirischen Formeln haben die Verbindungen mit folgenden
Molekularformeln:
B9H15, C10H18, S2F10, I2O5, H4P4O12, Fe3(CO)12, P3N3Cl6
Stoffmengen
6. Wie viele Mol, Moleküle und Atome sind enthalten in 75,0 g von:
H2, H2O, H2SO4, Cl2, HCl, CCl4
7. Welche Masse in Gramm haben:
3,00 ·1020 O2-Moleküle; 3,00 · 10-3 mol O2
8. Vom Cobalt kommt nur ein natürliches Isotop vor. Welche Masse hat ein einzelnes
Atom davon?
9. Vom Element X kommt nur ein Isotop vor. Ein Atom davon hat die Masse 2,107 10-22
g. Welche relative Atommasse hat das Element X?
10. Das internationale Urmaß für das Kilogramm besteht zu 90,000 % Platin und zu
10,000 % Iridium.
Wie viele Mol Pt und Ir sind enthalten?
Wie viele Atome von jeder Sorte sind enthalten?
11. Sterling Silber besteht aus 92,5 % Silber und 7,5 % Kupfer. Wie viele Ag Atome
kommen auf ein Cu Atom?
12. Welche Masse hat ein einzelnes Atom 126C? Welche Masse entspricht einer
Atommasseeinheit von 1,000 u?
13. Welche Ladung hat ein Mol Elektronen?
14. Ein Reiskorn ist 7 mm lang. Der Abstand Erde – Sonne beträgt 150 Mio km. Wie weit
würde man kommen, wenn man 1 mol Reiskörner hintereinander legen würde?
Ein Reiskorn ist 2 mm breit und 2 mm hoch. Die Fläche von Europa und Asien beträgt
54 Mio km². Wie hoch könnte man hier 1 mol Reiskörner stapeln?
Prozentuale Zusammensetzung
15. Ordnen sie folgende Verbindungen nach ansteigendem Schwefelgehalt:
CaSO4, SO2, H2S, Na2S2O3
16. Wie viel % Arsen sind in As2S3 vorhanden?
Wie viel % Cer sind in Ce2O3 vorhanden?
Wie viel % Sauerstoff sind in KClO3 vorhanden?
Wie viel % Chrom sind in BaCrO4 vorhanden?
17. Welche Masse Blei kann man aus 15,0 kg Bleiglanz-Erz erhalten, das 72 % PbS
enthält.
Dr. K.-H. Offenbecher
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Stöchiometrie
18. Welche Masse Mangan kann man aus 25,0 kg Pyrolusit-Erz erhalten, das 65 % MnO2
enthält?
19. Wie viel Gramm Phosphor und Sauerstoff werden benötigt, um 6,000g P4O6
herzustellen?
20. Wie viel Gramm Schwefel und Chlor werden benötigt, um 5,000 g S2Cl2 herzustellen?
21. Zimtaldehyd enthält Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Bei der Verbrennung
einer Probe von 6,50 g werden 19,49 g CO2 und 3,54 g H2O erhalten. Welche
prozentuale Zusammensetzung hat Zimtaldehyd?
22. Bei der Verbrennung von 12, 62 g Plexiglas entstehen 27,74 g CO2 und 9,12 g H2O.
Wie viel Prozent C und H enthält Plexiglas?
23. Das Mineral Hämatit besteht aus Fe2O3. Hämatit Erz enthält weitere Minerale, die
Gangart. Wenn 5,0 kg Erz 2,7845 kg Fe enthalten, wie viel Prozent Hämatit ist im Erz
erhalten.
24. Schwefelverbindungen sind unerwünschte Bestandteile mancher Öle. Der
Schwefelgehalt kann bestimmt werden, indem aller Schwefel in Sulfat-Ionen SO42überführt wird und diese als BaSO4 abgetrennt werden. Aus 6,3 g eines Öls wurden
1,063 g BaSO4 erhalten. Wie viel % Schwefel enthält das Öl?
25. Nicotin enthält Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Wenn 2,50 g Nicotin
verbrannt werden, erhält man 6,78 g CO2, 1,94 g H2O und 0,432 g N2. Welche
prozentuale Zusammensetzung hat Nicotin?
Formelbestimmungen
26. Welche Molekülformeln haben die Verbindungen mit folgenden empirischen Formeln
und relativen Atommassen?
SNH, 188,32; PF2, 137,94; CH2, 70,15; NO2, 46,01; C2NH2, 120,15; HCO2, 90,04
27. Welche empirische Formeln haben die Verbindungen mit folgender
Zusammensetzung?
31,29 % Ca; 18,75 % C; 49,96 % O
16,82 % Na; 2,95 % H; 15,82 % B; 64,40 % O
73,61 % C; 12,38 % H; 14,01 % O
60,00 % C; 4,48 % H; 35,52 % O;
63,14 % C; 5,31 % H; 31,55 % O
37,50 % C; 3,15 % H; 21,87 % N; 37,47 % O
28. Welche Molekularformel haben die Verbindungen mit folgender Zusammensetzung
und relativen Molekülmassen?
45,90 % C; 2,75 % H; 26,20 % O; 17,50 % S; 7,65 % N; Mr = 183,18
83,9 % C; 12,0 % H; 4,1 % O; Mr = 386
29. Eine Verbindung die nur Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff enthält, ergibt beim
Verbrennen 7,922 g CO2; 4,325 g H2O und 0,840 g N2.
Wie viel Mol C- ,H- und N-Atome enthielt die Probe?
Welche empirische Formel hat die Verbindung?
Welche Masse hatte die Verbrannte Probe?
30. Hämoglobin enthält 0,342 % Fe. Wenn ein Molekül vier Fe Atome enthält, welches ist
die Molmasse des Hämoglobins?
31. 6,65 g des Hydrats NiSO4 * xH2O geben beim Erhitzen im Vakuum Wasser ab und
3,67 g NiSO4 bleiben zurück. Welchen Wert hat x?
32. Zur Analyse einer Verbindung, die Chrom und Chlor enthält, wird das Chlor in die
Verbindung AgCl überführt. Welche empirische Formel hat das Chromchlorid, wenn
aus 8,61 g davon 20,08 g AgCl enthalten werden?
Dr. K.-H. Offenbecher
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Klasse 7
Stöchiometrie
33. Ein Element X bildet mit Stickstoff eine Verbindung NX3. Wenn diese zu 40,21 %
aus Stickstoff besteht, welche ist die relative Atommasse von X? Um welches Element
handelt es sich?
Dr. K.-H. Offenbecher
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