Aufgabenblatt 10 – Übungsblatt Stöchiometrie

Name:
Datum:
Aufgabenblatt 10 – Übungsblatt Stöchiometrie
Berechnung von Stoffmengen bei chemischen Reaktionen II _ 20091005 © Dr. Hagen Grossholz
A1 Zusammenhang zwischen den verschiedenen Größen.
Masse m (1 kg)
Teilchenmasse mT = m / N
←
Teilchenzahl N (1 Teilchen)
→
↑
↑
Dichte ρ = m / V
molare Masse M = m / n
Avogadrosche Zahl NA = N / n
↓
↓
Volumen V (1 m3)
Molvolumen Vm = V / n
←
Stoffmenge n (1 mol)
→
Berechnen Sie die fehlenden Werte mit dem oben stehenden Schema.
Element
Masse m
Blei Pb
200 g
Aluminium Al
Volumen V
Stoffmenge n
Molvolumen Vm
Dichte ρ
11,4 g / cm3
100 cm
2,7 g / cm3
7,09 cm3 / mol
5 mol
24
Schwefel S
1,2 · 10
10,67 cm3 / mol
3
50 g
Gold
Molmasse M
3
Kupfer Cu
Eisen Fe
Teilchenzahl N
7,11 cm / mol
10 cm
3
19,3 g / cm3
A2 Geben Sie die Molmassen folgender Verbindungen an.
a) KClO3
Kaliumchlorat
b) K2Cr2O7
Kaliumdichromat
c) Na2CO3·10 H2O
Kristallsoda
d) C3H5(NO3)3
Glycerinnitrat
e) C17H21NO4
Kokain
f) C55H72MgN4O5
Chlorophyll a
g) C9H13NO3
Adrenalin
h) KAl(SO4)2·12 H2O
Kalialaun
i) K2O · 3 Al2O3 · 6 SiO2 · 2 H2O
Glimmer
A3 Berechnen Sie die entsprechenden Massen in g.
a) Ar
Argon
3 mol
b) S8
Schwefel
2 mol
c) KClO4
Kaliumperchlorat
0,4 mol
d) C6H12O6
Glucose
2,5 mol
e) C7H5N3O6
Trinitrotoluol (TNT)
0,003 mol
A4 Die Zusammensetzung von kristallwasserhaltigem Kupfersulfat ist CuSO4 · 5 H2O.
a) Wie viel Mol sind in 20,0 g Salz enthalten?
b) Wie viel Mol Schwefel (S) und Sauerstoff (O) sind in 100 g des Salzes enthalten?
c) Geben Sie die Anzahl der Kupfer-, Sauerstoff- und Wasserstoffatome an, die in 1 g Substanz
enthalten ist.
d) Welche Masse besitzt ein einzelnes Kupferatom?
A5 Welche Verhältnisformel (Summenformel) hat eine Verbindung, die aus 63,6 % Stickstoff und
36,4 % Sauerstoff besteht (Massenprozent)?
A6 Wie viel Massenprozent Eisen (Fe) sind in der Verbindung FeS2 enthalten?
Die Lösungen finden Sie in der zweiten Hälfte der Herbstferien unter www.grossholz.de
-23
A7 Ein Atom hat die Masse m = 4,6662 · 10
Atomsorte handelt es sich?
g. Berechnen Sie die Masse in u. Um welche
A8 Ermitteln Sie die Atommassen von Wasserstoff, Argon, Kupfer und Zink in atomaren
Masseneinheiten und in Gramm.
A9 Wie viel Gramm wiegt ein Chloratom?
A10 Wie viele Atome befinden sich in folgenden Stoffmengen:
n(Kohelenstoff)
= n(C) = 2,5 mol
n(Silizium)
= n(Si) = 0,38 mol
n(Natrium)
= n(Na) = 3,12 mol
A11 Welche Stoffmenge besitzen
4
a) 1,68616 · 10 Quecksilberatome?
23
b) 2,7099 · 10 Calciumatome?
c) Welche Massen m besitzen diese Stoffmengen?
A12 Für eine chemische Reaktion braucht man 4 mol Ethanol (C2H6O).
a) Geben Sie die Masse eines Methanmoleküls in atomaren Masseneinheiten (u) an.
b) Wie viel Gramm Ethanol werden für die Reaktion benötigt?
A13 Ein Gefäß enthält 1 L Liter Wasser. Wie viel mol Wasser befinden sich in ihm?
A14 Was versteht man unter der Molmasse (molaren Masse). Erläutern Sie den Begriff anband eines
von Ihnen selbst gewählten Elements und einer Verbindung.
A15 Milchzucker (Lactose) hat die Summenformel C12H22O11.
a) Welche Masse hat ein Milchzuckermolekül? Geben Sie diese in den Einheiten u und Gramm
an.
b) Geben Sie die molare Masse von Milchzucker an.
c) Von der Verbindung sind 5483,82 g gegeben. Welche Stoffmenge ist das?
d) Wie viele C12H22O11-Moleküle befinden sich in 5483,82 g?
e) Wie viele Moleküle sind in 1 kg enthalten?
A16 Wie viel Gramm Schwefel enthalten die gleiche Zahl von Atomen wie 58,74 g Kalium? Wie viele
Atome sind es?
A17 0,125 mol Ethanol hat die Masse von 5,769 g. Berechnen Sie aus diesen Angaben die molare
Masse von Ethanol.
Stoffumsatz bei chemischen Reaktionen
A18 Wie viel Gramm Eisen (Fe) entstehen, wenn 60 g Eisenoxid (Fe2O3) mit Aluminium (Al) zu Eisen
(Fe) und Aluminiumoxid (Al2O3) reagieren?
A19 Wenn man ein Gemenge aus Eisen (Fe) - und Schwefelpulver (S) erhitzt, entsteht Eisensulfid
(FeS). Wie viel Gramm muss man von den Ausgangsstoffen einsetzen, um 50 g Eisensulfid zu
erhalten?
A20 Brom (Br2) reagiert mit Aluminium (Al) zu Aluminiumchlorid (AlBr3)
a) Wie viel Kilogramm Brom (Br) müssen zur Herstellung von 1 kg Aluminiumbromid (AlBr3)
umgesetzt werden?
b) Wie viel Gramm Aluminium (Al) sind dazu notwendig?
A21 Wie viel Gramm Magnesiumchlorid (MgCl2) werden bei der Reaktion von 100 g Magnesium (Mg)
mit Chlor (Cl2) erhalten?
Die Lösungen finden Sie in der zweiten Hälfte der Herbstferien unter www.grossholz.de
Name:
Datum:
Aufgabenblatt 10 – Übungsblatt Stöchiometrie - Lösungen
Berechnung von Stoffmengen bei chemischen Reaktionen II _ 20091005 © Dr. Hagen Grossholz
A1 Zusammenhang zwischen den verschiedenen Größen.
Masse m (1 kg)
Teilchenmasse mT = m / N
←
Teilchenzahl N (1 Teilchen)
→
↑
↑
Dichte ρ = m / V
molare Masse M = m / n
Avogadrosche Zahl NA = N / n
↓
↓
3
Volumen V (1 m )
Molvolumen Vm = V / n
←
Stoffmenge n (1 mol)
→
Berechnen Sie die fehlenden Werte mit dem oben stehenden Schema.
Element
Masse m
Volumen V
Stoffmenge n
Teilchenzahl N
Blei Pb
200 g
17,5 cm3
0,965 mol
5,81·10
3
23
24
Molmasse M
Molvolumen Vm
207,2 g/mol
18,18 cm / mol
3
3
Dichte ρ
11,4 g / cm
3
3
Aluminium Al
270 g
100 cm
10,0 mol
6,022·10
26,98 g/mol
10,0 cm / mol
2,7 g / cm
Kupfer Cu
317,75 g
35,5 cm
3
5 mol
3,0·10
63,55 g/mol
7,09 cm3 / mol
8,96 g / cm
3
2,0 mol
1,2 · 1024
32,06 g/mol
10,67 cm3 / mol
3,00 g / cm3
0,896 mol
5,4·1023
55,8 g/mol
7,11 cm3 / mol
7,85 g / cm3
Schwefel S
64,12 g
21,3 cm
Eisen Fe
50 g
6,37 cm3
193 g
Gold
10 cm
3
24
0,979 mol
23
6,00·10
197 g/mol
3
10,21 cm / mol
3
19,3 g / cm3
A2 Geben Sie die Molmassen folgender Verbindungen an.
a) KClO3
Kaliumchlorat
122,6 g/mol
b) K2Cr2O7
Kaliumdichromat
294,2 g/mol
c) Na2CO3·10 H2O
Kristallsoda
286 g/mol
d) C3H5(NO3)3
Glycerinnitrat
165 g/mol
e) C17H21NO4
Kokain
303 g/mol
f) C55H72MgN4O5
Chlorophyll a
892,3 g/mol
g) C9H13NO3
Adrenalin
183 g/mol
h) KAl(SO4)2·12 H2O
Kalialaun
474 g/mol
i) K2O · 3 Al2O3 · 6 SiO2 · 2 H2O
Glimmer
797 g/mol
A3 Berechnen Sie die entsprechenden Massen in g.
a) Ar
Argon
3 mol
120 g
b) S8
Schwefel
2 mol
64,1 g
c) KClO4
Kaliumperchlorat
0,4 mol
55,44 g
d) C6H12O6
Glucose
2,5 mol
450 g
e) C7H5N3O6
Trinitrotoluol (TNT)
0,003 mol
0,681 g
A4 Die Zusammensetzung von kristallwasserhaltigem Kupfersulfat ist CuSO4 · 5 H2O.
a) Wie viel Mol sind in 20,0 g Salz enthalten?
n(CuSO4 · 5 H2O) = m(CuSO4 · 5 H2O) / M(CuSO4 · 5 H2O) = 20 g / (249 g/mol) = 0,080 mol
b) Wie viel Mol Schwefel (S) und Sauerstoff (O) sind in 100 g des Salzes enthalten?
100 g sind n(CuSO4 · 5 H2O) = 100 g / (249 g/mol) = 0,402 mol
=> n(S) = n(CuSO4 · 5 H2O) · 1 = 0,402 mol
=> n(O) = n(CuSO4 · 5 H2O) · 9 = 3,6 mol
c) Geben Sie die Anzahl der Kupfer-, Sauerstoff- und Wasserstoffatome an, die in 1 g Substanz
enthalten ist.
CuSO4 · 5 H2O
1· Cu
9·O
10 · H
m
1g
M
249 g/mol
n=m/M
-3
4,316·10 mol
-3
4,316·10 mol
0,036 mol
0,040 mol
N = n · NA
21
2,418·10 Atome
21
2,418·10 Atome
22
2,177·10 Atome
22
2,418·10 Atome
d) Welche Masse besitzt ein einzelnes Kupferatom?
23
-22
m(Kupferatom) = M(Cu) / NA = 63,546 g/mol / (6,022·10 Teilchen/mol) = 1,055·10 g.
A5 Welche Verhältnisformel (Summenformel) hat eine Verbindung, die aus 63,6 % Stickstoff und
36,4 % Sauerstoff besteht (Massenprozent)?
m(NxOy) = 100 g
m(N) = 63,6 g und
m(O) = 36,4 g
n(N) = m(N) / M(N) = 63,6 g / 14,00 g/mol = 4,5 mol
n(O) = m(O) / M(O) = 36,4 g / 16,00 g/mol = 2,3 mol
Atomzahlverhältnis n(N) : n(O) = 4,5 mol : 2,3 mol = 2 : 1 = X : Y
Die Verhältnisformel ist N2O.
A6 Wie viel Massenprozent Eisen (Fe) sind in der Verbindung FeS2 enthalten?
m(Gesamtmasse FeS2) = 119,9 g
m(Teilmasse Fe) = 55,8 g
119,9 g
sind 100 %
=>
55,8 g sind 46,5 %
-23
A7 Ein Atom hat die Masse m = 4,6662 · 10
Atomsorte handelt es sich?
-23
M(?) = m(?) · NA = 4,6662 · 10
23
g · 6,022·10
g. Berechnen Sie die Masse in u. Um welche
= 28,1 g/mol
Es ist ein Siliziumatom.
A8 Ermitteln Sie die Atommassen von Wasserstoff, Argon, Kupfer und Zink in atomaren
Masseneinheiten und in Gramm.
23
-24
m(H) = 1 u = M(H) / NA = 1,008 g/mol / 6,022·10 = 1,67·10 g
23
-23
m(Ar) = 39,95 u = M(Ar) / NA = 39,95 g/mol / 6,022·10 = 6,63·10 g
23
-22
m(Cu) = 1 u = M(Cu) / NA = 63,55 g/mol / 6,022·10 = 1,06·10 g
23
-22
m(Zn) = 1 u = M(Zn) / NA = 65,37 g/mol / 6,022·10 = 1,09·10 g
A9 Wie viel Gramm wiegt ein Chloratom?
23
-23
m(Cl-Atom) = M(Cl) / NA = 35,45 g/mol / 6,022·10 = 5,89·10 g
A10 Wie viele Atome befinden sich in folgenden Stoffmengen:
n(Kohlenstoff)
= n(C) = 2,5 mol
n(Silizium)
= n(Si) = 0,38 mol
n(Natrium)
= n(Na) = 3,12 mol
C
Si
Na
n
2,5 mol
0,38 mol
3,12 mol
N = n · NA
24
1,51·10 C- Atome
23
2,29·10 Si-Atome
24
1,88·10 Na-Atome
A11 Welche Stoffmenge besitzen
4
a) 1,68616 · 10 Quecksilberatome?
4
23
-20
n(Hg) = N(Quecksilberatome) / NA = 1,68616 · 10 Quecksilberatome / 6,022·10 = 2,8·10 mol
23
b) 2,7099 · 10 Calciumatome?
23
23
n(Ca) = N(Calciumatome) / NA = 2,7099 · 10 Calciumatome / 6,022·10 = 4,5 mol
c) Welche Massen m besitzen diese Stoffmengen?
-18
m(Ha) = n(Hg) · M(Hg) = 5,62·10 g
m(Ca) = n(Ca) · M(Ca) = 18,04 g
A12 Für eine chemische Reaktion braucht man 4 mol Ethanol (C2H6O).
a) Geben Sie die Masse eines Methanmoleküls in atomaren Masseneinheiten (u) an.
m(C2H6O-Molekül) = 2·12,01 u + 6 · 1,008 u + 1 · 16,00 u = 166,17 u
b) Wie viel Gramm Ethanol werden für die Reaktion benötigt?
m(C2H6O) = n(C2H6O) · M(C2H6O) = 4 mol · 166,17 g/mol = 664,7 g
A13 Ein Gefäß enthält 1 L Liter Wasser. Wie viel mol Wasser befinden sich in ihm?
3
ρ(Wasser) = 1 g/cm
3
3
n(H2O) = V(Wasser) · ρ(H2O) / M(H2O) = 1000 cm · 1 g/cm / 18,00 g/mol = 55,56 mol
Ein Liter Wasser entspricht einer Stoffmenge von 55,56 mol.
A14 Was versteht man unter der Molmasse (molaren Masse). Erläutern Sie den Begriff anband eines
von Ihnen selbst gewählten Elements und einer Verbindung.
23
Molmasse: Die Masse von 6,022·10 Teilchen.
23
z.B. 6,022·10 Aluminiumatome besitzen eine Molmasse von 26,98 g/mol.
23
z.B. 6,022·10 Wassermoleküle (H2O) besitzen eine Molmasse von 18,00 g/mol.
A15 Milchzucker (Lactose) hat die Summenformel C12H22O11.
a) Welche Masse hat ein Milchzuckermolekül? Geben Sie diese in den Einheiten u und Gramm
an.
m(C12H22O11-Molekül) = 342 u
22
m(C12H22O11-Molekül) = M(C12H22O11) / NA = 5,679·10 g
b) Geben Sie die molare Masse von Milchzucker an.
M(C12H22O11) = 342 g/mol
c) Von der Verbindung sind 5483,82 g gegeben. Welche Stoffmenge ist das?
n(C12H22O11) = m(C12H22O11) / M (C12H22O11) = 16,03 mol
d) Wie viele C12H22O11-Moleküle befinden sich in 5483,82 g?
24
N(C12H22O11) = n(C12H22O11) · NA = 9,66 · 10 Moleküle
e) Wie viele Moleküle sind in 1 kg enthalten?
24
N(C12H22O11) = m(C12H22O11) / M(C12H22O11) · NA = 1,76·10 Moleküle
A16 Wie viel Gramm Schwefel enthalten die gleiche Zahl von Atomen wie 58,74 g Kalium? Wie viele
Atome sind es?
K
S
m
58,74 g
48,09 g
M
39,10 g/mol
32,06 g/mol
n = m/M
1,50 mol
1,50 mol
N
23
9,05·10 Kaliumatome
23
9,05·10 Schwefelatome
A17 0,125 mol Ethanol hat die Masse von 5,769 g. Berechnen Sie aus diesen Angaben die molare
Masse von Ethanol.
M(Ethanol) = m(Ethanol) / n(Ethanol) = 5,769 g / 0,125 mol = 46,15 g/mol
Stoffumsatz bei chemischen Reaktionen
A18 Wie viel Gramm Eisen (Fe) entstehen, wenn 60 g Eisenoxid (Fe2O3) mit Aluminium (Al) zu Eisen
(Fe) und Aluminiumoxid (Al2O3) reagieren?
Produkte
Edukte
Fe2O3
Masse m = n · M
Molare Masse M = m / n
Verhältnis
Stoffmenge n = m / M
Al
60 g
Al2O3
21 g
159,7 g/mol
1
Fe
55,85 g/mol
1
0,376 mol
Bei der Reaktion werden 21 g Eisen (Fe) erhalten.
1
0,376 mol
1
A19 Wenn man ein Gemenge aus Eisen (Fe) - und Schwefelpulver (S) erhitzt, entsteht Eisensulfid
(FeS). Wie viel Gramm muss man von den Ausgangsstoffen einsetzen, um 50 g Eisensulfid zu
erhalten?
Edukte
Masse m = n · M
Molare Masse M = m / n
Verhältnis
Stoffmenge n = m / M
Produkte
Fe
S
FeS
31,8 g
18,3 g
50 g
55,85 g/mol
32,06 g/mol
87,91 g/mol
1
1
1
0,57 mol
0,57 mol
0,57 mol
An Ausgangsstoffen müssen 31,8 g Eisen (Fe) und 18,3 g Schwefel (S) eingesetzt werden.
A20 Brom (Br2) reagiert mit Aluminium (Al) zu Aluminiumchlorid (AlBr3)
a) Wie viel Kilogramm Brom (Br) müssen zur Herstellung von 1 kg Aluminiumbromid (AlBr3)
umgesetzt werden?
Edukte
Masse m = n · M
Molare Masse M = m / n
Verhältnis
Stoffmenge n = m / M
Produkte
3 Br2
2 Al
898,1
101,2 g
2 AlBr3
1000 g
159,8 g/mol
26,98 g/mol
266,68 g/mol
3
2
2
(/2·3) 5,62 mol
3,75 mol
3,75 mol
Es müssen 0,898 kg Brom (Br2) umgesetzt werden.
b) Wie viel Gramm Aluminium (Al) sind dazu notwendig?
Dazu sind 101,2 g Aluminium notwendig.
A21 Wie viel Gramm Magnesiumiodid (MgI2) werden bei der Reaktion von 100 g Magnesium (Mg)
mit Iod (I2) erhalten?
Edukte
Mg
Masse m = n · M
Molare Masse M = m / n
Verhältnis
Stoffmenge n = m / M
Produkte
I2
MgI2
1143,0 g
100 g
24,31 g/mol
253,8
278,1 g/mol
1
1
1
4,11 mol
4,11 mol
4,11 mol