Chemie · Klasse 11 · Kapitel
Chemische Reaktionen quantitativ betrachtet
- Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
- Merken kommt ins Heft
- Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
- Üben selbst rechnen
- Achtung typischer Fehler
- Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen
○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.
1Ich berechne Stoffmenge, Masse und Teilchenzahl mit n = m : M und der Avogadro-Konstante.
MerkenStoffmenge
Die Stoffmenge n in mol zählt Teilchen: 1 mol sind 6,02 · 10²³ Teilchen.
Es gilt n = m : M und N = n · N_A. Die molare Masse M in g/mol steht im Periodensystem.
BeispielStoffmenge, molare Masse und Teilchenzahl
Schritt für Schritt
- Gegeben sind m = 25 g und M = 100 g/mol.
- n = m : M = 25 g : 100 g/mol.
- n = 0,25 mol
- Gegeben sind m = 25 g und M = 100 g/mol.
- n = m : M = 25 g : 100 g/mol.
- n = 0,25 mol
Achtungm = n · M als Teilen erinnert
Bestimme: Welche Masse haben 0,25 mol Natriumhydroxid (M = 40 g/mol) → 160 g
Bestimme: Welche Masse haben 0,25 mol Natriumhydroxid (M = 40 g/mol) → 10 g
Überlege: Mehr mol wiegen mehr. Also m = n · M.
ÜbenJetzt du
- ○1Bestimme: Welche Masse haben 0,25 mol Natriumhydroxid (M = 40 g/mol)?So fängst du an:m = n · M.
Lösung zeigen
- m = n · M.
- m = 0,25 mol · 40 g/mol.
- m = 10 g
Ergebnis:10 g - ●2Bestimme: Welche Masse haben 0,5 mol Ethanol (M = 46 g/mol)?
Lösung zeigen
- m = n · M.
- m = 0,5 mol · 46 g/mol.
- m = 23 g
Ergebnis:23 g - ★3Bestimme: Welche Masse haben 0,5 mol Magnesiumoxid (M = 40 g/mol)?
Lösung zeigen
- m = n · M.
- m = 0,5 mol · 40 g/mol.
- m = 20 g
Ergebnis:20 g
2Ich berechne Massen- und Stoffmengenkonzentrationen und verdünne Lösungen.
MerkenKonzentration
Konzentrationen beziehen sich auf die Lösung. Es gilt β = m : V, c = n : V und β = c · M.
BeispielMassen- und Stoffmengenkonzentration, Verdünnen
Schritt für Schritt
- n = m : M = 1,5 g : 60 g/mol = 0,025 mol.
- V = 100 mL = 0,1 L.
- c = n : V = 0,25 mol/L
- n = m : M = 1,5 g : 60 g/mol = 0,025 mol.
- V = 100 mL = 0,1 L.
- c = n : V = 0,25 mol/L
AchtungMassenkonzentration und Stoffmengenkonzentration verwechselt
9 g Natriumchlorid je Liter sind 9 mol/L.
9 g je Liter sind 9 g : 58,5 g/mol = 0,15 mol je Liter.
Schreibe die Einheit des Ergebnisses auf: g/L oder mol/L? Rechne mit der molaren Masse in die gewünschte Einheit um.
ÜbenJetzt du
- ○4Eine Lösung von Natriumhydrogencarbonat hat die Massenkonzentration 21 g/L. Bestimme: Welche Stoffmengenkonzentration hat sie (M = 84 g/mol)?So fängst du an:c = β : M.
Lösung zeigen
- c = β : M.
- c = 21 g/L : 84 g/mol.
- c = 0,25 mol/L
Ergebnis:0,25 mol/L - ●5Eine Lösung von Kaliumnitrat hat die Massenkonzentration 10,1 g/L. Bestimme: Welche Stoffmengenkonzentration hat sie (M = 101 g/mol)?
Lösung zeigen
- c = β : M.
- c = 10,1 g/L : 101 g/mol.
- c = 0,1 mol/L
Ergebnis:0,1 mol/L - ★6Aus einer Stammlösung mit c = 0,50 mol/L sollen 200 mL Lösung mit c = 0,10 mol/L entstehen. Bestimme: Welches Volumen der Stammlösung wird gebraucht?
Lösung zeigen
- c₁ · V₁ = c₂ · V₂.
- V₁ = 0,10 mol/L · 200 mL : 0,50 mol/L.
- V₁ = 40 mL
Ergebnis:40 mL
3Ich berechne Gasvolumen und Stoffmenge mit dem molaren Volumen.
MerkenMolares Volumen
1 mol jedes Gases nimmt bei gleichem Druck und gleicher Temperatur denselben Raum ein.
Etwa 24 L bei 20 Grad Celsius, n = V : V_m.
BeispielMolares Volumen und Gasvolumen
Schritt für Schritt
- V = n · V_m.
- V = 2 mol · 22,4 L/mol.
- V = 44,8 L
- V = n · V_m.
- V = 2 mol · 22,4 L/mol.
- V = 44,8 L
AchtungRechenrichtung beim molaren Volumen vertauscht
V = V_m : n, also 24 L/mol : 0,05 mol = 480 L.
V = n · V_m, also 0,05 mol · 24 L/mol = 1,2 L.
Prüfe die Größenordnung: Ein Mol nimmt etwa 24 Liter ein. Wie viel Raum ist es bei einem Zwanzigstel Mol? Rechne dann mit Einheiten.
ÜbenJetzt du
- ○7Bestimme: Welche Stoffmenge hat 11,2 L Neon bei 0 Grad Celsius und 1013 hPa (V_m = 22,4 L/mol)?So fängst du an:n = V : V_m.
Lösung zeigen
- n = V : V_m.
- n = 11,2 L : 22,4 L/mol.
- n = 0,5 mol
Ergebnis:0,5 mol - ●8Bestimme: Welche Stoffmenge hat 6,0 L Wasserstoff bei 20 Grad Celsius und 1013 hPa (V_m = 24 L/mol)?
Lösung zeigen
- n = V : V_m.
- n = 6,0 L : 24 L/mol.
- n = 0,25 mol
Ergebnis:0,25 mol - ★9Bestimme: Welches Volumen nehmen 7 g Stickstoff (M = 28 g/mol) bei 0 Grad Celsius und 1013 hPa ein (V_m = 22,4 L/mol)?
Lösung zeigen
- n = m : M = 7 g : 28 g/mol = 0,25 mol.
- V = n · V_m.
- V = 5,6 L
Ergebnis:5,6 L
4Ich führe Masse- und Volumenberechnungen bei Reaktionen durch, auch mit Ausbeute.
MerkenReaktionsrechnung
Erst in Mol umrechnen, dann mit dem Koeffizientenverhältnis rechnen.
Zuletzt zurück in Gramm.
BeispielMasse- und Volumenberechnung bei Reaktionen
Schritt für Schritt
- n(H₂) : n(Al) = 3 : 2.
- n(H₂) = 0,20 mol · 3 : 2.
- n(H₂) = 0,30 mol
- n(H₂) : n(Al) = 3 : 2.
- n(H₂) = 0,20 mol · 3 : 2.
- n(H₂) = 0,30 mol
AchtungStoffmengenverhältnis aus der Gleichung nicht genutzt
4 Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃: 4 mol Al → 4 mol Al₂O₃
4 Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃: 4 mol Al → 2 mol Al₂O₃
Lies die Zahlen vor den Formeln. Sie sagen, wie viel mol aus wie viel mol werden.
ÜbenJetzt du
- ○10C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O. Bestimme: Welche Masse Kohlenstoffdioxid (M = 44 g/mol) entsteht aus 8,8 g Propan (M = 44 g/mol) bei vollständigem Umsatz?So fängst du an:n(Propan) = 8,8 g : 44 g/mol = 0,2 mol.
Lösung zeigen
- n(Propan) = 8,8 g : 44 g/mol = 0,2 mol.
- n(Kohlenstoffdioxid) = 0,2 mol · 3 : 1.
- m = 26,4 g
Ergebnis:26,4 g - ●11CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Bestimme: Welche Masse Wasser (M = 18 g/mol) entsteht aus 1,6 g Methan (M = 16 g/mol) bei vollständigem Umsatz? Die Ausbeute beträgt 80 Prozent.
Lösung zeigen
- n(Methan) = 1,6 g : 16 g/mol = 0,1 mol.
- n(Wasser) = 0,1 mol · 2 : 1, mal 0,8 für die Ausbeute.
- m = 2,88 g
Ergebnis:2,88 g - ★12Kalkstein wird gebrannt: CaCO₃ → CaO + CO₂. Bestimme: Wie viel Kalkstein (M = 100 g/mol) wird für 28 g Calciumoxid (M = 56 g/mol) bei 80 Prozent Ausbeute eingesetzt?
Lösung zeigen
- n(CaO) = 28 g : 56 g/mol = 0,50 mol, also n(CaCO₃) = 0,50 mol.
- theoretisch 0,50 mol · 100 g/mol = 50 g.
- Einsatz 50 g : 0,80 = 62,5 g
Ergebnis:62,5 g
5Ich bestimme mit der Elementaranalyse die Verhältnisformel eines Stoffs.
MerkenElementaranalyse
Massenanteile durch die molaren Massen teilen ergibt die Stoffmengen.
Das kleinste ganzzahlige Verhältnis ist die Verhältnisformel. Mit der molaren Masse folgt daraus die Summenformel.
BeispielElementaranalyse und Verhältnisformel
Schritt für Schritt
- n(CO₂) = 1,76 g : 44 g/mol = 0,040 mol.
- n(C) = n(CO₂) = 0,040 mol.
- m(C) = 0,040 mol · 12 g/mol = 0,48 g
- n(CO₂) = 1,76 g : 44 g/mol = 0,040 mol.
- n(C) = n(CO₂) = 0,040 mol.
- m(C) = 0,040 mol · 12 g/mol = 0,48 g
AchtungMasse des Produkts mit der Masse des Elements gleichgesetzt
Aus 1,76 g Kohlenstoffdioxid folgen 1,76 g Kohlenstoff.
n(CO₂) = 0,040 mol enthält 0,040 mol C, das sind 0,48 g.
Berechne die Stoffmenge des Produkts. Rechne mit dem Faktor aus der Formel auf das Element um.
ÜbenJetzt du
- ○13Eine Verbindung enthält 52,2 Prozent Kohlenstoff, 13,0 Prozent Wasserstoff und 34,8 Prozent Sauerstoff (M(C) = 12, M(H) = 1, M(O) = 16 g/mol). Welche Verhältnisformel hat sie?So fängst du an:Stoffmengen aus Anteil : M: 4,35 mol C, 13 mol H, 2,17 mol O.
Lösung zeigen
- Stoffmengen aus Anteil : M: 4,35 mol C, 13 mol H, 2,17 mol O.
- Durch die kleinste Stoffmenge teilen und auf ganze Zahlen bringen.
- Verhältnis 2 : 6 : 1, also C₂H₆O.
Ergebnis:C₂H₆O - ●14Eine Verbindung enthält 20,0 Prozent Kohlenstoff, 6,7 Prozent Wasserstoff, 46,7 Prozent Stickstoff und 26,7 Prozent Sauerstoff (M(C) = 12, M(H) = 1, M(N) = 14, M(O) = 16 g/mol). Welche Verhältnisformel hat sie?
Lösung zeigen
- Stoffmengen aus Anteil : M: 1,67 mol C, 6,7 mol H, 3,34 mol N, 1,67 mol O.
- Durch die kleinste Stoffmenge teilen und auf ganze Zahlen bringen.
- Verhältnis 1 : 4 : 2 : 1, also CH₄N₂O.
Ergebnis:CH₄N₂O - ★15Eine Verbindung enthält 80,0 Prozent Kohlenstoff und 20,0 Prozent Wasserstoff (M(C) = 12, M(H) = 1 g/mol). Welche Verhältnisformel hat sie?
Lösung zeigen
- Stoffmengen aus Anteil : M: 6,67 mol C, 20 mol H.
- Durch die kleinste Stoffmenge teilen und auf ganze Zahlen bringen.
- Verhältnis 1 : 3, also CH₃.
Ergebnis:CH₃
6Ich bestimme die molare Masse eines Stoffs aus Messwerten.
MerkenMolmassenbestimmung
Aus Masse und Gasvolumen folgt die molare Masse.
Mit der Verhältnisformel ergibt sich die Summenformel.
BeispielMolare Masse aus Messwerten bestimmen
Schritt für Schritt
- M = m · V_m : V.
- M = 4 g · 24 L/mol : 2,4 L.
- M = 40 g/mol
- M = m · V_m : V.
- M = 4 g · 24 L/mol : 2,4 L.
- M = 40 g/mol
AchtungDichte des Gases mit der molaren Masse gleichgesetzt
1,83 g in 1,0 L: M = 1,83 g/mol.
1,83 g/L · 24 L/mol = 44 g/mol.
Rechne die Masse von 24 Litern aus. Das ist die Masse von einem Mol.
ÜbenJetzt du
- ○160,58 g eines Gases nehmen bei 20 Grad Celsius und 1013 hPa 0,24 L ein (V_m = 24 L/mol). Bestimme: Wie groß ist die molare Masse?So fängst du an:M = m · V_m : V.
Lösung zeigen
- M = m · V_m : V.
- M = 0,58 g · 24 L/mol : 0,24 L.
- M = 58 g/mol
Ergebnis:58 g/mol - ●174,4 g eines Gases nehmen bei 20 Grad Celsius und 1013 hPa 2,4 L ein (V_m = 24 L/mol). Bestimme: Wie groß ist die molare Masse?
Lösung zeigen
- M = m · V_m : V.
- M = 4,4 g · 24 L/mol : 2,4 L.
- M = 44 g/mol
Ergebnis:44 g/mol - ★180,30 g einer einprotonigen Säure werden mit Natronlauge (c = 0,10 mol/L) titriert, bis zum Äquivalenzpunkt sind 25,0 mL nötig. Bestimme: Wie groß ist die molare Masse der Säure?
Lösung zeigen
- n(NaOH) = 0,10 mol/L · 0,0250 L = 0,00250 mol.
- n(Säure) = n(NaOH), denn 1 : 1.
- M = 0,30 g : 0,00250 mol = 120 g/mol
Ergebnis:120 g/mol
7Ich bestimme Konzentrationen durch Titration und Gravimetrie.
MerkenTitration und Gravimetrie
Am Äquivalenzpunkt passt die Stoffmenge der Maßlösung zur Probe.
Die Gravimetrie bestimmt den Stoff durch Fällen und Rückwiegen.
BeispielTitration und Gravimetrie
Schritt für Schritt
- n(NaOH) = 0,5 mol/L · 0,024 L = 0,012 mol.
- n(Säure) = n(NaOH) : 2.
- c = 0,006 mol : 0,01 L = 0,6 mol/L
- n(NaOH) = 0,5 mol/L · 0,024 L = 0,012 mol.
- n(Säure) = n(NaOH) : 2.
- c = 0,006 mol : 0,01 L = 0,6 mol/L
AchtungTitration immer im Verhältnis eins zu eins
H₂SO₄ und NaOH reagieren 1 : 1, also n(H₂SO₄) = n(NaOH).
H₂SO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + 2 H₂O: n(H₂SO₄) = n(NaOH) : 2.
Schreibe die Neutralisationsgleichung vollständig auf. Lies das Stoffmengenverhältnis aus den Koeffizienten ab.
ÜbenJetzt du
- ○1925,0 mL Schwefelsäure verbrauchen bei der Titration 20,0 mL Natronlauge (c = 0,100 mol/L): H₂SO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + 2 H₂O. Bestimme: Welche Konzentration hat die Schwefelsäure?So fängst du an:n(NaOH) = 0,100 mol/L · 0,0200 L = 0,00200 mol.
Lösung zeigen
- n(NaOH) = 0,100 mol/L · 0,0200 L = 0,00200 mol.
- n(H₂SO₄) = 0,00200 mol : 2 = 0,00100 mol.
- c = 0,00100 mol : 0,0250 L = 0,040 mol/L
Ergebnis:0,040 mol/L - ●2020,0 mL Salzsäure werden mit Natronlauge (c = 0,100 mol/L) titriert, bis zum Äquivalenzpunkt sind 25,0 mL nötig. Bestimme: Welche Konzentration hat die Salzsäure?
Lösung zeigen
- n(NaOH) = 0,100 mol/L · 0,0250 L = 0,00250 mol.
- n(HCl) = n(NaOH).
- c(HCl) = 0,00250 mol : 0,0200 L = 0,125 mol/L
Ergebnis:0,125 mol/L - ★21Was bedeutet der Äquivalenzpunkt bei der Titration von Essigsäure mit Natronlauge?
Lösung zeigen
- Am Äquivalenzpunkt ist die Säure vollständig umgesetzt.
- Das gilt nach der Stoffmengenbilanz der Gleichung.
- Es zählt n(Säure) = n(Lauge) bei eins zu eins.
Ergebnis:Die Stoffmenge der Lauge entspricht der der Säure nach der Gleichung
Vermischte Übungen
Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?
Üben
- ●22Wie viele Moleküle enthalten 2 mol Glucose (N_A = 6,02 · 10²³ 1/mol)?
Lösung zeigen
- N = n · N_A.
- N = 2 mol · 6,02 · 10²³ 1/mol.
- N = 1,2 · 10²⁴
Ergebnis:1,2 · 10²⁴ Moleküle - ●23Eine Lösung von Natriumhydrogencarbonat hat die Massenkonzentration 8,4 g/L. Bestimme: Welche Stoffmengenkonzentration hat sie (M = 84 g/mol)?
Lösung zeigen
- c = β : M.
- c = 8,4 g/L : 84 g/mol.
- c = 0,1 mol/L
Ergebnis:0,1 mol/L - ●24Backpulver setzt 0,050 mol Kohlenstoffdioxid frei. Bestimme: Welches Volumen hat das Gas bei 20 Grad Celsius und 1013 hPa (V_m = 24 L/mol)?
Lösung zeigen
- V = n · V_m.
- V = 0,050 mol · 24 L/mol.
- V = 1,2 L
Ergebnis:1,2 L - ●252 H₂O → 2 H₂ + O₂. Bestimme: Welche Masse Sauerstoff (M = 32 g/mol) entsteht aus 3,6 g Wasser (M = 18 g/mol) bei vollständigem Umsatz?
Lösung zeigen
- n(Wasser) = 3,6 g : 18 g/mol = 0,2 mol.
- n(Sauerstoff) = 0,2 mol · 1 : 2.
- m = 3,2 g
Ergebnis:3,2 g - ●26Eine Verbindung enthält 40,0 Prozent Kohlenstoff, 6,7 Prozent Wasserstoff und 53,3 Prozent Sauerstoff (M(C) = 12, M(H) = 1, M(O) = 16 g/mol). Welche Verhältnisformel hat sie?
Lösung zeigen
- Stoffmengen aus Anteil : M: 3,33 mol C, 6,7 mol H, 3,33 mol O.
- Durch die kleinste Stoffmenge teilen und auf ganze Zahlen bringen.
- Verhältnis 1 : 2 : 1, also CH₂O.
Ergebnis:CH₂O - ●2710 mL Essigsäure werden mit Natronlauge (c = 0,5 mol/L) bis zum Äquivalenzpunkt titriert, verbraucht werden 15 mL (CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O). Bestimme: Welche Konzentration hat die Essigsäure?
Lösung zeigen
- n(NaOH) = 0,5 mol/L · 0,015 L = 0,0075 mol.
- n(Säure) = n(NaOH).
- c = 0,0075 mol : 0,01 L = 0,75 mol/L
Ergebnis:0,75 mol/L
Auf einen Blick
MerkenDas Wichtigste
- Stoffmenge
- Die Stoffmenge n in mol zählt Teilchen: 1 mol sind 6,02 · 10²³ Teilchen.
- Konzentration
- Konzentrationen beziehen sich auf die Lösung. Es gilt β = m : V, c = n : V und β = c · M.
- Molares Volumen
- 1 mol jedes Gases nimmt bei gleichem Druck und gleicher Temperatur denselben Raum ein.
- Reaktionsrechnung
- Erst in Mol umrechnen, dann mit dem Koeffizientenverhältnis rechnen.
- Elementaranalyse
- Massenanteile durch die molaren Massen teilen ergibt die Stoffmengen.
- Molmassenbestimmung
- Aus Masse und Gasvolumen folgt die molare Masse.
- Titration und Gravimetrie
- Am Äquivalenzpunkt passt die Stoffmenge der Maßlösung zur Probe.
Kannst du das?
Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.
ÜbenSelbsttest
Ich berechne Stoffmenge, Masse und Teilchenzahl mit n = m : M und der Avogadro-Konstante.
28Eine Portion Natriumhydroxid (M = 40 g/mol) hat die Masse 60 g. Bestimme: Welche Stoffmenge hat sie?Lösung zeigen
Ergebnis:1,5 molIch berechne Massen- und Stoffmengenkonzentrationen und verdünne Lösungen.
2920 mL Salzsäure mit c = 1,0 mol/L werden mit Wasser auf 100 mL aufgefüllt. Bestimme: Welche Konzentration hat die Lösung danach?Lösung zeigen
Ergebnis:0,20 mol/LIch berechne Gasvolumen und Stoffmenge mit dem molaren Volumen.
30Bestimme: Welches Volumen nehmen 14 g Stickstoff (M = 28 g/mol) bei 0 Grad Celsius und 1013 hPa ein (V_m = 22,4 L/mol)?Lösung zeigen
Ergebnis:11,2 LIch führe Masse- und Volumenberechnungen bei Reaktionen durch, auch mit Ausbeute.
312 NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂. Bestimme: Welche Masse Kohlenstoffdioxid (M = 44 g/mol) entsteht aus 42 g Natriumhydrogencarbonat (M = 84 g/mol) bei vollständigem Umsatz?Lösung zeigen
Ergebnis:11 gIch bestimme mit der Elementaranalyse die Verhältnisformel eines Stoffs.
32Eine Verbindung enthält 81,8 Prozent Kohlenstoff und 18,2 Prozent Wasserstoff (M(C) = 12, M(H) = 1 g/mol). Welche Verhältnisformel hat sie?Lösung zeigen
Ergebnis:C₃H₈Ich bestimme die molare Masse eines Stoffs aus Messwerten.
33Eine Probe von 0,30 g eines Gases nimmt 100 mL ein (20 Grad Celsius, 1013 hPa, V_m = 24 L/mol). Bestimme: Wie groß ist die molare Masse?Lösung zeigen
Ergebnis:72 g/molIch bestimme Konzentrationen durch Titration und Gravimetrie.
3410 mL Salpetersäure werden mit Natronlauge (c = 0,2 mol/L) bis zum Äquivalenzpunkt titriert, verbraucht werden 15 mL (HNO₃ + NaOH → NaNO₃ + H₂O). Bestimme: Welche Konzentration hat die Salpetersäure?Lösung zeigen
Ergebnis:0,3 mol/L
Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.
Wörter
- Summe
- was herauskommt, wenn man zusammenzählt
- Volumen
- wie viel hineinpasst
Lösungen
- 10 g
- 23 g
- 20 g
- 0,25 mol/L
- 0,1 mol/L
- 40 mL
- 0,5 mol
- 0,25 mol
- 5,6 L
- 26,4 g
- 2,88 g
- 62,5 g
- C₂H₆O
- CH₄N₂O
- CH₃
- 58 g/mol
- 44 g/mol
- 120 g/mol
- 0,040 mol/L
- 0,125 mol/L
- Die Stoffmenge der Lauge entspricht der der Säure nach der Gleichung
- 1,2 · 10²⁴ Moleküle
- 0,1 mol/L
- 1,2 L
- 3,2 g
- CH₂O
- 0,75 mol/L
- 1,5 mol
- 0,20 mol/L
- 11,2 L
- 11 g
- C₃H₈
- 72 g/mol
- 0,3 mol/L