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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 Volumen V Stoffmenge n Teilchenzahl N Molmasse M Molvolumen V m Dichte ρ

Blei Pb 200 g 11,4 g / cm3

Aluminium Al 100 cm3 2,7 g / cm3

Kupfer Cu 5 mol 7,09 cm3 / mol

Schwefel S 1,2 · 1024 10,67 cm3 / mol

Eisen Fe 50 g 7,11 cm3 / mol

Gold 10 cm3 19,3 g / cm3

A2 Geben Sie die Molmassen folgender Verbindungen an.

a) KClO3 b) K2Cr2O7 c) Na2CO3·10 H2O d) C3H5(NO3)3 e) C17H21NO4 Kaliumchlorat Kaliumdichromat Kristallsoda Glycerinnitrat Kokain

f) C55H72MgN4O5 g) C9H13NO3 h) KAl(SO4)2·12 H2O i) K2O · 3 Al2O3 · 6 SiO2 · 2 H2O Chlorophyll a Adrenalin Kalialaun Glimmer

A3 Berechnen Sie die entsprechenden Massen in g.

a) Ar b) S8 c) KClO4 d) C6H12O6 e) C7H5N3O6 Argon Schwefel Kaliumperchlorat Glucose Trinitrotoluol (TNT) 3 mol 2 mol 0,4 mol 2,5 mol 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 H erbstferien unter www.grossholz.de

A7 Ein Atom hat die Masse m = 4,6662 · 10-23 g. Berechnen Sie die Masse in u. Um welche Atomsorte handelt es sich? 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 a) 1,68616 · 104 Quecksilberatome? b) 2,7099 · 1023 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 H erbstferien unter www.grossholz.de

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Aufgabenblatt 10 – Übungsblatt Stöchiometrie - Lösu ngen 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 Volumen V Stoffmenge n Teilchenzahl N Molmasse M Molvolumen V m Dichte ρ

Blei Pb 200 g 17,5 cm 3 0,965 mol 5,81 ·1023 207,2 g/mol 18,18 cm 3 / mol 11,4 g / cm3

Aluminium Al 270 g 100 cm3 10,0 mol 6,022 ·1024 26,98 g/mol 10,0 cm 3 / mol 2,7 g / cm3

Kupfer Cu 317,75 g 35,5 cm 3 5 mol 3,0·1024 63,55 g/mol 7,09 cm3 / mol 8,96 g / cm 3

Schwefel S 64,12 g 21,3 cm 3 2,0 mol 1,2 · 1024 32,06 g/mol 10,67 cm3 / mol 3,00 g / cm 3

Eisen Fe 50 g 6,37 cm 3 0,896 mol 5,4 ·1023 55,8 g/mol 7,11 cm3 / mol 7,85 g / cm 3

Gold 193 g 10 cm3 0,979 mol 6,00 ·1023 197 g/mol 10,21 cm 3 / mol 19,3 g / cm3

A2 Geben Sie die Molmassen folgender Verbindungen an.

a) KClO3 b) K2Cr2O7 c) Na2CO3·10 H2O d) C3H5(NO3)3 e) C17H21NO4 Kaliumchlorat Kaliumdichromat Kristallsoda Glycerinnitrat Kokain

122,6 g/mol 294,2 g/mol 286 g/mol 165 g/mol 303 g/mol

f) C55H72MgN4O5 g) C9H13NO3 h) KAl(SO4)2·12 H2O i) K2O · 3 Al2O3 · 6 SiO2 · 2 H2O Chlorophyll a Adrenalin Kalialaun Glimmer 892,3 g/mol 183 g/mol 474 g/mol 797 g/mol

A3 Berechnen Sie die entsprechenden Massen in g.

a) Ar b) S8 c) KClO4 d) C6H12O6 e) C7H5N3O6 Argon Schwefel Kaliumperchlorat Glucose Trinitrotoluol (TNT) 3 mol 2 mol 0,4 mol 2,5 mol 0,003 mol 120 g 64,1 g 55,44 g 450 g 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.

m M n = m / M N = n · NA

CuSO4 · 5 H2O 1 g 249 g/mol 4,316·10-3 mol 2,418·1021 Atome 1· Cu 4,316·10-3 mol 2,418·1021 Atome 9 · O 0,036 mol 2,177·1022 Atome 10 · H 0,040 mol 2,418·1022 Atome

d) Welche Masse besitzt ein einzelnes Kupferatom? m(Kupferatom) = M(Cu) / NA = 63,546 g/mol / (6,022·1023 Teilchen/mol) = 1,055·10-22 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 N 2O. 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 % A7 Ein Atom hat die Masse m = 4,6662 · 10-23 g. Berechnen Sie die Masse in u. Um welche Atomsorte handelt es sich? M(?) = m(?) · NA = 4,6662 · 10-23 g · 6,022·1023 = 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. m(H) = 1 u = M(H) / NA = 1,008 g/mol / 6,022·1023 = 1,67·10-24 g m(Ar) = 39,95 u = M(Ar) / NA = 39,95 g/mol / 6,022·1023 = 6,63·10-23 g m(Cu) = 1 u = M(Cu) / NA = 63,55 g/mol / 6,022·1023 = 1,06·10-22 g m(Zn) = 1 u = M(Zn) / NA = 65,37 g/mol / 6,022·1023 = 1,09·10-22 g A9 Wie viel Gramm wiegt ein Chloratom? m(Cl-Atom) = M(Cl) / NA = 35,45 g/mol / 6,022·1023 = 5,89·10-23 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 n N = n · NA C 2,5 mol 1,51·1024 C- Atome Si 0,38 mol 2,29·1023 Si-Atome Na 3,12 mol 1,88·1024 Na-Atome A11 Welche Stoffmenge besitzen

a) 1,68616 · 104 Quecksilberatome? n(Hg) = N(Quecksilberatome) / NA = 1,68616 · 104 Quecksilberatome / 6,022·1023 = 2,8·10-20 mol b) 2,7099 · 1023 Calciumatome? n(Ca) = N(Calciumatome) / NA = 2,7099 · 1023 Calciumatome / 6,022·1023 = 4,5 mol c) Welche Massen m besitzen diese Stoffmengen? m(Ha) = n(Hg) · M(Hg) = 5,62·10-18 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? ρ(Wasser) = 1 g/cm3

n(H2O) = V(Wasser) · ρ(H2O) / M(H2O) = 1000 cm3 · 1 g/cm3 / 18,00 g/mol = 55,56 mol Ein Liter Wasser entspricht einer Stoffmenge von 5 5,56 mol. A14 Was versteht man unter der Molmasse (molaren Masse). Erläutern Sie den Begriff anband eines von Ihnen selbst gewählten Elements und einer Verbindung. Molmasse: Die Masse von 6,022 ·1023 Teilchen. z.B. 6,022·1023 Aluminiumatome besitzen eine Molmasse von 26,98 g/ mol. z.B. 6,022·1023 Wassermoleküle (H 2O) 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 m(C12H22O11-Molekül) = M(C12H22O11) / NA = 5,679·1022 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? N(C12H22O11) = n(C12H22O11) · NA = 9,66 · 1024 Moleküle e) Wie viele Moleküle sind in 1 kg enthalten? N(C12H22O11) = m(C12H22O11) / M(C12H22O11) · NA = 1,76·1024 Moleküle A16 Wie viel Gramm Schwefel enthalten die gleiche Zahl von Atomen wie 58,74 g Kalium? Wie viele Atome sind es? m M n = m/M N K 58,74 g 39,10 g/mol 1,50 mol 9,05·1023 Kaliumatome S 48,09 g 32,06 g/mol 1,50 mol 9,05·1023 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?

Edukte Produkte

Fe2O3 Al Fe Al 2O3

Masse m = n · M 60 g 21 g

Molare Masse M = m / n 159,7 g/mol 55,85 g/mol

Verhältnis 1 1 1 1

Stoffmenge n = m / M 0,376 mol 0,376 mol

Bei der Reaktion werden 21 g Eisen (Fe) erhalten.

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 Produkte

Fe S FeS

Masse m = n · M 31,8 g 18,3 g 50 g

Molare Masse M = m / n 55,85 g/mol 32,06 g/mol 87,91 g/mol

Verhältnis 1 1 1

Stoffmenge n = m / M 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 Produkte

3 Br 2 2 Al 2 AlBr 3

Masse m = n · M 898,1 101,2 g 1000 g

Molare Masse M = m / n 159,8 g/mol 26,98 g/mol 266,68 g/mol

Verhältnis 3 2 2

Stoffmenge n = m / M (/2·3) 5,62 mol 3,75 mol 3,75 mol

Es müssen 0,898 kg Brom (Br 2) 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 Produkte

Mg I2 MgI2

Masse m = n · M 100 g 1143,0 g

Molare Masse M = m / n 24,31 g/mol 253,8 278,1 g/mol

Verhältnis 1 1 1

Stoffmenge n = m / M 4,11 mol 4,11 mol 4,11 mol