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StöchiometrieStöchiometrie SS 2008 B.Sc. GMG
Von: Von: Friederike Baumgart,Friederike Baumgart, Denise Freisewinkel Denise Freisewinkel
Sabrina Pleßa Sabrina Pleßa
Konzentrationsangaben Konzentrationsangaben
Maßeinheit: Mol (mol)Maßeinheit: Mol (mol)
n(x) = Stoffmenge des Stoffes mit Formel Xn(x) = Stoffmenge des Stoffes mit Formel X
m(x) = Masse des Stoffes mit Formel X (g) m(x) = Masse des Stoffes mit Formel X (g) GrammGramm
M(x) = molare Masse des Stoffes (g/mol)M(x) = molare Masse des Stoffes (g/mol)
n(x) = m(x)/M(x)n(x) = m(x)/M(x)
MolenbruchMolenbruch (Stoffmengenanteil x) (Stoffmengenanteil x)
Verhältnis der Stoffmenge einer Verhältnis der Stoffmenge einer Komponente eines Gemisches zur Komponente eines Gemisches zur gesamt Stoffmengegesamt Stoffmenge
BeispielBeispiel
Eine Lösung enthält 36,5 g HCL und 36 g HEine Lösung enthält 36,5 g HCL und 36 g H22O.O.
Wie groß sind die Stoffmengenanteile?Wie groß sind die Stoffmengenanteile?
n(HCL)= m(HCL) / M(HCL)= 36,5g/36,5g/mol= 1 moln(HCL)= m(HCL) / M(HCL)= 36,5g/36,5g/mol= 1 moln(Hn(H22O) / M(HO) / M(H22O) = 36g / 18g/mol= 2 molO) = 36g / 18g/mol= 2 mol
x(HCL)= n(HCL) / n(HCL)+ n(Hx(HCL)= n(HCL) / n(HCL)+ n(H22O)= 1mol / (1+2) mol= 0,333O)= 1mol / (1+2) mol= 0,333
x(Hx(H22O)= n(HO)= n(H22O) / n(HCL)+n(HO) / n(HCL)+n(H22O)= 2mol/ (1+2)mol= 0,667O)= 2mol/ (1+2)mol= 0,667
MassenprozentMassenprozent
Der Massenanteil W(X) eines gelösten Stoffes X ist der Der Massenanteil W(X) eines gelösten Stoffes X ist der Massenanteil dieses Stoffes bezogen auf die Gesamtmasse Massenanteil dieses Stoffes bezogen auf die Gesamtmasse der Lösung. der Lösung.
Eine wässrige Lösung mit einem Anteil von Eine wässrige Lösung mit einem Anteil von 10% Natriumchlorid [w (NaCl)= 0,1] enthält 10g NaCl 10% Natriumchlorid [w (NaCl)= 0,1] enthält 10g NaCl und 90g H und 90g H22O in 100g Lösung. O in 100g Lösung.
Der mit 100 multiplizierte Wert des Massenanteils w(X) Der mit 100 multiplizierte Wert des Massenanteils w(X) gibt den Anteil in Massenprozent an. gibt den Anteil in Massenprozent an.
Beispiel:Beispiel:
Es werden 0,25 mol Schwefelsäure benötigt.Es werden 0,25 mol Schwefelsäure benötigt.Wie viel Gramm müssen abgewogen werden? Wie viel Gramm müssen abgewogen werden?
M(HM(H22SOSO44)= 98,08 g/mol)= 98,08 g/mol
m(Hm(H22SOSO44)= n(H)= n(H22SOSO44)*M(H)*M(H22SOSO44)= 0,25 )= 0,25
0,25 mol* 98,08 g/mol0,25 mol* 98,08 g/mol
=24,52 g=24,52 g
VolumenprozenteVolumenprozente
Beispiel:Beispiel:Wie viel Gramm Salpetersäure werden benötigt, um 250 ml einer Lösung Mit einer Stoffmengenkonzentration c(HNO3)= 2 mol/L herzustellen?
Welches Volumen der konzentrierten Salpetersäure ist zu nehmen?
konzentrierte Säure enthält 70% HNO3 Dichte 1,42 g/mL Konzentration: c(HNO3)= 2 mol/L Molmasse: M(HNO3)= 63 g/mol
Benötigte Masse HNO3 für 0,25L Lösung:
m(HNO3)= 0,25L * c(HNO3) * M(HNO3) = 0,25L*2mol/L*63g/mol= 31,5 g
Benötigte Masse von konzentrierter Salpetersäure:
m(HNO3,70%)= m(HNO3) * 100% / 70%= 45 g
Volumen: V( HNO3,70%)= m(HNO3,70%) / p(HNO3,70%)= 45g / 1,42g/mL= 31,7 mL
Molarität Molarität (Stoffmengenkonzentration c)(Stoffmengenkonzentration c)
bezeichnet die gelöste Stoffmenge pro bezeichnet die gelöste Stoffmenge pro Volumeneinheit der Lösung Volumeneinheit der Lösung
Angabe in der Regel: (mol/l)Angabe in der Regel: (mol/l)
Ein Mol ist die Stoffmenge die aus der Ein Mol ist die Stoffmenge die aus der Avogado -Zahl (6,02214-10²²) Teilchen besteht.Avogado -Zahl (6,02214-10²²) Teilchen besteht.
n = gelöste Stoffmenge n = gelöste Stoffmenge V = Volumen der LösungV = Volumen der Lösung
C = n / vC = n / v
BeispielBeispiel
5g Fe:5g Fe:
M (Fe)= 55,8 g/MolM (Fe)= 55,8 g/Mol=> m(x) / M(x)=> m(x) / M(x)=> 5/55,8 = 0,09 Mol => 5/55,8 = 0,09 Mol
MolalitätMolalität
bezieht sich auf das Volumenbezieht sich auf das Volumen
Äquivalentkonzentration Äquivalentkonzentration (früher: Normalität)(früher: Normalität)
Die Äquivalentkonzentration N, (Formelzeichen: ceq), ist eine Konzentrationsangabe
spezielle Stoffmengenkonzentration, bei der die zu Grunde gelegten Teilchen nicht ganze Atome, Moleküle oder Ionen,sondern gedachte Bruchteile 1/z solcher Teilchen sind.
z: Äquivalentzahl; die stöchiometrische Wertigkeit
Im Falle z = 3 ist also die Äquivalentkonzentration 3-mal so großwie die Stoffmengenkonzentration, weil sozusagen jedes ganzeTeilchen z-mal gezählt wird.
Die Bruchteile 1/z nennt man auch Äquivalentteilchen oder Äquivalente.
ceq ist ein Maß dafür, wie viele Äquivalentteilchen eines Stoffes sich in einem bestimmten Volumen der Lösung befinden.
Beispiel
Umsetzung von Schwefelsäure (H2SO4) mit Natronlauge(NaOH)
Setzt man 100 ml einer 1 M H2SO4 mit 100 ml einer 1 M NaOH um, so ist erst die Hälfte der Säure neutralisiert, da Schwefelsäure eine zweibasige Säure ist.
vollständige Neutralisation:200 ml der 1 M NaOH muss zugesetzt werden:
Umsetzung mit 1 Mol NaOH:1. H2SO4 + NaOH = NaHSO4 + H2O
Umsetzung mit 2 Mol NaOH:2. H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O
Massenprozente (aus chem. Analyse) in chem. Massenprozente (aus chem. Analyse) in chem. Formel umrechnenFormel umrechnen
Der prozentuale Massenanteil der Elemente in einerDer prozentuale Massenanteil der Elemente in einer Verbindung kann aus der Formel berechnet werden. Verbindung kann aus der Formel berechnet werden.
Mit der Anzahl der Mole (Indexzahl) und molarenMit der Anzahl der Mole (Indexzahl) und molaren Masse kann man die Masse jedes Elements in Masse kann man die Masse jedes Elements in Gramm berechnen Gramm berechnen
BeispielBeispiel
Wie viel % Eisen sind im Eisen(III)oxid FeWie viel % Eisen sind im Eisen(III)oxid Fe22OO33 enthalten?enthalten?
n(Fe)=2 mol ; n(O)=3Moln(Fe)=2 mol ; n(O)=3Mol
m(Fe)= n(Fe) * M(Fe)=2Mol * 55,8g/molm(Fe)= n(Fe) * M(Fe)=2Mol * 55,8g/mol =111,6 g =111,6 g
m(O)=n(O) *M(O)= 3mol*16,0 g/molm(O)=n(O) *M(O)= 3mol*16,0 g/mol = 48,0 g = 48,0 g
m(Fem(Fe22OO33) =159,6 g) =159,6 g
Massenanteil w des Fe in FeMassenanteil w des Fe in Fe22OO33::
w(Fe)= m(Fe)/m(F2O3)= 111,6g/159,6 g =0,6993 gw(Fe)= m(Fe)/m(F2O3)= 111,6g/159,6 g =0,6993 g
Prozengehalt des Fe in FeProzengehalt des Fe in Fe22OO33::
w(Fe)*100% =69,93% w(Fe)*100% =69,93%
daraus kann die empirische Formel daraus kann die empirische Formel bestimmt werden bestimmt werden
Ermittlung chem. FormelnErmittlung chem. Formeln
Werte der chem. Analyse einer Verbindung dienen Werte der chem. Analyse einer Verbindung dienen zur Ermittlung der empirischen Formelnzur Ermittlung der empirischen Formeln
Analyse: ergibt relative Massenanteil der Elemente Analyse: ergibt relative Massenanteil der Elemente in der Verbindungin der Verbindung
Verhältnis der Molzahlen zueinander ist das gleiche Verhältnis der Molzahlen zueinander ist das gleiche wie das Verhältnis der Atomzahlen zueinanderwie das Verhältnis der Atomzahlen zueinander
Das einfachste ganzzählige Verhältnis der Zahl der Das einfachste ganzzählige Verhältnis der Zahl der Mole der Elemente in Verbindungen ergibt die Mole der Elemente in Verbindungen ergibt die empirische Formelempirische Formel
daraus wird berechnet wie viel Mol des daraus wird berechnet wie viel Mol des Elements in 100g enthalten sindElements in 100g enthalten sind das geschieht durch Division durch die das geschieht durch Division durch die
jeweilige Molmasse des Elements jeweilige Molmasse des Elements (wenn keine ganzen Zahlen (wenn keine ganzen Zahlen
rauskommen, rauskommen, multipliziert man alle Zahlen multipliziert man alle Zahlen mit einem mit einem ganzzähligen Faktor)ganzzähligen Faktor)
daraus folgt die Indexzahldaraus folgt die Indexzahl
BeispielBeispiel
Welche ist die empirische Formel einer Verbindung, Welche ist die empirische Formel einer Verbindung, die 43,6% P und 56,4 % O enthält?die 43,6% P und 56,4 % O enthält?
In 100 g der Verbindung sind 43,6g P und 56,4g O enthalten.In 100 g der Verbindung sind 43,6g P und 56,4g O enthalten.In mol sind das:In mol sind das:
n (P) = m (P)/M(P) = 43,6g / 30,97g/mol= 1,41 moln (P) = m (P)/M(P) = 43,6g / 30,97g/mol= 1,41 mol
n (O) = m (O)/M(O) = 56,4g / 16,00g/mol= 3,53 moln (O) = m (O)/M(O) = 56,4g / 16,00g/mol= 3,53 mol
Division beider Zahlen durch die Kleinere von ihnen ergibt:Division beider Zahlen durch die Kleinere von ihnen ergibt:
1,41 / 1,41=1,00 für P1,41 / 1,41=1,00 für P3,53 / 1,41=2,50 für O3,53 / 1,41=2,50 für O
Durch Multiplikation mit 2 erhält man die ganzen Zahlen 2Durch Multiplikation mit 2 erhält man die ganzen Zahlen 2 und 5. Die empirische Formel lautet und 5. Die empirische Formel lautet PP22OO55..
Stöchiometrisch richtiges Aufstellen von chemischen Gleichungen
Es gilt das Gesetz der Erhaltung der Masse
d.h. die Zahl der Mole jedes Elements muss auf beiden Seiten miteinander übereinstimmen
In zwei Schritten stellt man die Formel um:
1.
Formeln aller Reaktanden, ein Pfeil und die Formeln der Produkte werden notiert
die Gleichung kann sonst nicht aufgestellt werden
wenn nötig kann auch der Aggregatzustand in Klammern hinzugefügt werden:
g = gasförmig l = flüssig
s = fest aq.= in Wasser gelöst
2.2.
Gleichung ausgleichen
-> die Mole müssen die gleiche Anzahl haben
Um Molzahlen auszugleichen, multipliziert man mit entsprechende Vorzahlen (=Koeffizienten)
1. Beispiel
5 H²O sind 5 Moleküle Wasser
das entspricht 5 * 2 Atomen Wasserstoff = 10 H-Atome 5 * 1 Atome Sauerstoff = 5 O-Atome
Prüfung der Atomzahlen eines jeden Elements auf beiden Seiten des Reaktionsschemas
Die Atomzahlen errechnen sich als Produkt aus Koeffizient und Indexzahl
2. Beispiel:
C5 H12 + O CO2 + H2OPentan
Lösung: C5 H12 + 8 O2 5CO2 + 6H2O
Verdünnungsreihen
Die Stoffmenge n eines gelösten Stoffes in einer Lösung der Konzentration c1 und dem Volumen V1 ist:
n = c1 * V1
Verdünnung von Lösungen: vergrößert sich ihr Volumen auf den neuen Wert V2 bleibt die darin gelöste Stoffmenge n jedoch unverändert
c1 = n/V2 = c1 * V1/V2
Beispiel:
Welches Volumen einer Lösung mit c1 (HCl) = 12,0 mol/L wird benötigt, um 500 m/L einer Lösung mit c2 (HCl) = 3,00 mol/ L herzustellen?
Nachteil:
Temperaturabhängigkeit
FällungsreaktionenFällungsreaktionen
chemische Reaktion, indem mindestens eins chemische Reaktion, indem mindestens eins der Produkte schwer oder sogar unlöslich ist der Produkte schwer oder sogar unlöslich ist
übrigen Edukte im Lösungsmittel können dabei übrigen Edukte im Lösungsmittel können dabei gelöst vorliegen gelöst vorliegen
Diese schwer löslichen Produkte werden Diese schwer löslichen Produkte werden als Niederschlag bezeichnet als Niederschlag bezeichnet
In der Summenformel werden sie mitIn der Summenformel werden sie mit „Pfeil nach unten“ oder (s) für solid angezeigt „Pfeil nach unten“ oder (s) für solid angezeigt
Welche Löslichkeit hat Bariumsulfat in einer Lösung von Natriumsulfat, c(NA2SO4)=0,050 mol/L?
L = 1,5*10-9 mol2/L2 bei 25°C.Die SO4
2- – Menge aus dem BaSO4 kann gegenüber c(SO42-) der
Lösung vernachlässigt werden.
c(Ba2+)*c(SO42-)= L
c(Ba2+)*0,050mol/L=1,5*10-9mol2/L2
c(Ba2+)=3,0*10-8mol/L
c(Ba2+ ) in der Lösung entspricht der Stoffmenge BaSO4,die pro Liter in Lösung geht. Die Löslichkeit ist auf 3,0*10-8mol/L verringert.
Das Bariumsulfat ist in diesem Fall der Niederschlag, somit das schwerlösliche Produkt
In reinem Wasser lösen sich 3,9*10-5 mol/L.
3 Arten von Fällungsreaktionen:3 Arten von Fällungsreaktionen:
1.1. Ionenprodukt < L Ionenprodukt < L Heißt, dass die Lösung nicht gesättigt ist und, dass weiter Heißt, dass die Lösung nicht gesättigt ist und, dass weiter
Substanzen gelöst werden können bis Wert L erreicht Substanzen gelöst werden können bis Wert L erreicht
2. Ionenprodukt = L 2. Ionenprodukt = L In diesem Falle sind Ionenprodukt und Löslichkeitsprodukt im In diesem Falle sind Ionenprodukt und Löslichkeitsprodukt im Gleichgewicht. Gleichgewicht.
3. Ionenprodukt > L 3. Ionenprodukt > L Hierbei wurde der maximale Wert für das Löslichkeitsprodukt Hierbei wurde der maximale Wert für das Löslichkeitsprodukt überschritten. Nun treten Fällungen ein bis der Wert L eintritt. überschritten. Nun treten Fällungen ein bis der Wert L eintritt.
Fällungsreaktionen in Abhängigkeit vom pH-Fällungsreaktionen in Abhängigkeit vom pH-Wert Wert
(Sulfid-Abtrennung im Kationentrennungsgang)(Sulfid-Abtrennung im Kationentrennungsgang)
Sulfid-Ionen-Konzentration in einer sauren, mit Sulfid-Ionen-Konzentration in einer sauren, mit HH22S gesättigten Lösung ist extrem gering S gesättigten Lösung ist extrem gering (( bei pH = 0 in 100ml Lösung sind ca. sieben S bei pH = 0 in 100ml Lösung sind ca. sieben S2-2- vorhanden)vorhanden)
Trotzdem erfolgt eine sofortige Fällung von Trotzdem erfolgt eine sofortige Fällung von Blei(||)-Sulfid bei Zufuhr von PbBlei(||)-Sulfid bei Zufuhr von Pb2+2+
Eine direkte Reaktion aus PbEine direkte Reaktion aus Pb2+2+ -und S -und S2-2-- Ionen - Ionen scheint ausgeschlossenscheint ausgeschlossen
es bildet sich wahrscheinlich ein Hydrogensulfid es bildet sich wahrscheinlich ein Hydrogensulfid (1-) das sich dann zum Sulfid zersetzt(1-) das sich dann zum Sulfid zersetzt
Pb Pb 2+2+ (aq) + 2HS (aq) + 2HS-- (aq) (aq) Pb (SH)2 (s) Pb (SH)2 (s) PbS (s) + H2S (aq) PbS (s) + H2S (aq)
in der Lösung ist die HS- Konzentration erheblich größer als die Sin der Lösung ist die HS- Konzentration erheblich größer als die S 2- 2- KonzentrationKonzentration
es sind bei Fällungen von Hydroxiden und Oxiden ähnliche es sind bei Fällungen von Hydroxiden und Oxiden ähnliche Reaktionsabläufe bekanntReaktionsabläufe bekannt
durch die Unabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten vom durch die Unabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten vom Reaktionsmechanismus gilt das Löslichkeitsprodukt, egal wie der Reaktionsmechanismus gilt das Löslichkeitsprodukt, egal wie der Niederschlag entsteht, solange das System im Gleichgewicht istNiederschlag entsteht, solange das System im Gleichgewicht ist
mit dieser Gleichung kann man die Sulfid-mit dieser Gleichung kann man die Sulfid-Ionenkonzentration in einer gesättigten HIonenkonzentration in einer gesättigten H22S-S-
Lösung in Abhängigkeit vom pH-Wert Lösung in Abhängigkeit vom pH-Wert berechnen:berechnen:
c(s c(s 2-2-) = (1,1 * 10) = (1,1 * 102222)/c² (H)/c² (H++))
mit Hilfe der L-Werte können wir deshalb mit Hilfe der L-Werte können wir deshalb folgende Berechnungen anstellen:folgende Berechnungen anstellen:
Beispiel
In eine Lösung mit pH = 0,5, c(Pb2+) = 0,050 mol/L und c(Fe2+ ) =0,050 mol/L wird H2S-Gas bis zur Sättigung eingeleitet. Fallen PbS und FeS aus?
L (PbS) = 7 * 10-29 mol²/L² L (FeS) = 4 * 10-19 mol²/L²
Nach oben genannter Formel gilt für eine gesättigte H2S-Lösung bei 25°C :
C(S2-) = (1,1 * 10-22) / c²(H+)
Bei pH = 0,5 ist c(H+) = 0,3 mol/L und C(S2-) = (1,1 * 10-22) / 0,3² = 1,2 * 10-21 mol/L
Mit c(M 2+ ) = 0,050 mol/L (M 2+ gleich Pb 2+ oder Fe 2+ ) ist das Ionenprodukt:
C(M2+) * c(S2-) = 0,050 mol/L * 1,2 * 10-21 mol/L = 6,0 * 10-23 mol²/L²
Für PbS ist das Ionenprodukt größer als L, PbS fällt aus. Für FeS ist es jedoch kleiner,FeS fällt nicht aus.
LöslichkeitsprodukteLöslichkeitsprodukte
Die schwerlösliche Verbindung befindet sich Die schwerlösliche Verbindung befindet sich im Gleichgewicht mit Ionen in der Lösung. im Gleichgewicht mit Ionen in der Lösung.
Wenn eine schwerlösliche Verbindung mit Wasser in Kontakt Wenn eine schwerlösliche Verbindung mit Wasser in Kontakt gebracht wird, so stellt sich nach einiger Zeit ein Gleichgewicht ein gebracht wird, so stellt sich nach einiger Zeit ein Gleichgewicht ein bei dem die Geschwindigkeit der Auflösung und die bei dem die Geschwindigkeit der Auflösung und die Geschwindigkeit der Widerausscheidung gleich groß sind.Geschwindigkeit der Widerausscheidung gleich groß sind.Die Lösung ist dann gesättigt.Die Lösung ist dann gesättigt.
Konstante L = LöslichkeitsproduktKonstante L = Löslichkeitsproduktc = Konzentrationc = KonzentrationK= GleichgewichtskonstanteK= Gleichgewichtskonstante
c(Ag+) * c(Cl-) = K * c(AgCl) = Lc(Ag+) * c(Cl-) = K * c(AgCl) = L
Der Zahlenwert von L ändert sich mit der Temperatur.Der Zahlenwert von L ändert sich mit der Temperatur.
Beispiel:Beispiel:
SilberchloridSilberchlorid
schwerlöslich schwerlöslich
entsteht nicht durch Auflösen von entsteht nicht durch Auflösen von Silber in Chlorwasserstoffsäure in Chlorwasserstoffsäure
bildet sich aus wasserlöslichenbildet sich aus wasserlöslichen Silberverbindungen wie Silbernitrat Silberverbindungen wie Silbernitrat
und Chlorid-Ionen. und Chlorid-Ionen.
QuellenangabeQuellenangabe
Chemie: Das Basiswissen der ChemieChemie: Das Basiswissen der ChemieCharles E. MortimerCharles E. MortimerUlrich MüllerUlrich Müller
http://de.wikipedia.org/wiki/Normalit%C3%A4t
http://www.vitaris.com/CMS/GetFile.aspx?ID=a775e5d0-aab7-484f-a8f3-http://www.vitaris.com/CMS/GetFile.aspx?ID=a775e5d0-aab7-484f-a8f3-c5d5de51abd3&Name=Attachment&Download=Falsec5d5de51abd3&Name=Attachment&Download=False