Rechnen mit Gehaltsgrößen Herstellen von Lösungen und Umrechnen von Gehaltsgrößen 1.

Es sollen 750 mL Natriumcarbonat-Lösung mit c= 0,2 mol/L hergestellt werden. a)

Welche Masse an Na2CO3 ist einzuwiegen?

b) Welche Stoffmenge und welche Masse sind in 300 mL der Lösung enthalten? 2.

Es sollen 150 g CaCl2-Lösung mit einem Massenanteil von w = 8% hergestellt werden. Welche Masse an CaCl2 wird benötigt?

3.

Eine Glucoselösung enthält die Stoffmengenkonzentration 0,5 mol/L. Welche Massenkonzentration β besitzt die Lösung? Welchen Massenanteil besitzt die Lösung, wenn die Dichte der Lösung ρ = 1,0554 g/cm3 beträgt?

Umsatzberechnungen mit Lösungen und verunreinigten Ausgangsstoffen 4.

Eisen reagiert mit Salzsäure zu Eisenchlorid-Lösung (FeCl2) und Wasserstoff. a)

Formulieren Sie die Reaktionsgleichung!

b) Welche Teilchen sind in der Salzsäure enthalten,welche im Reaktionsprodukt? c) 5.

Wie viel Gramm reines Eisen reagieren mit 100 g Salzsäure (w=8,5%) ?

Mangandioxid und Salzsäure reagieren zu Chlor, Mangan(II)-chlorid und Wasser. a)

Formulieren Sie die Reaktionsgleichung

b) Wieviel Gramm 29%ige Salzsäure werden benötigt, um auf 34,3 g Mangandioxid (MnO2) vollständig umzusetzen? 6.

12%ige Schwefelsäure werden mit 6%iger Natronlauge vollständig neutralisiert. Wie viel Gramm Säure und wie viel Gramm Lauge müssen eingesetzt werden um eine Lösung mit 35g (gelöstem) Natriumsulfat (Na2SO4) zu erhalten? Lösungen unter www.laborberufe.de

Lösungen (ohne Gewähr) Bitte überprüfen Sie zuerst, ob die Aufgabenstellung hier und auf der Ihnen vorliegenden Fotokopie auch wirklich identisch ist. Geringfügige Änderung der Zahlenwerte sind im Einzellfall möglich! Alle Aufgaben lassen sich ausschließlich mit dem Dreisatz lösen. Etwas Schreibarbeit spart man sich wenn man von den Beziehungen M = m/n, c = n/V und β = m/V ausgeht. (M: Molare Masse in g/mol, n: Stoffmenge in mol, β: Massenkonzentration in g/L, V: Volumen der Lösung in L, m: Masse in g, c: Stoffmengenkonzentration in mol/L). Nr. 1 Berechnung der darin enthaltenen Stoffmenge Dreisatz

Alternative: Formel

c = 0,2 mol/L

c=

0,2 mol ≙ 1 L x

≙ 0,75 L

⇒ x = 0,15 mol

n( Na2CO3 ) ⇒ V ( Lsg .)

n( Na2CO3 ) = c( Na2CO3 ) ⋅ V ( Lsg .) = 0,2

mol ⋅ 0,75 L = 0,15mol L

Umrechnung in die Masse

M ( Na2CO3 ) =

m( Na2CO3 ) ⇒ n( Na2CO3 )

m( Na2CO3 ) = M ( Na2CO3 ) ⋅ n( Na2CO3 ) = 105,989

g ⋅ 0,15mol ≈ 15,90 g mol

b) Dreisatz

Alternative: Formel

c = 0,2 mol/L

c=

0,2 mol ≙ 1 L x

≙ 0,3 L ⇒ x = 0,06 mol

n ( Na 2CO 3 ) ⇒ V ( Lsg .)

n ( Na 2CO 3 ) = c ( Na 2CO 3 ) ⋅ V ( Lsg .) = 0, 2

mol ⋅ 0,3 L = 0,0 mol L

Umrechnung in die Masse

M ( Na2CO3 ) =

m( Na2CO3 ) ⇒ n( Na2CO3 )

m( Na2CO3 ) = M ( Na2CO3 ) ⋅ n( Na2CO3 ) = 105,989

g ⋅ 0,06mol ≈ 3,36 g mol

Nr. 2 Der prozentuale Massenanteil gibt an, wie viel Gramm einer Substanz in 100 g der Lösung gelöst sind. z.B. w= 8% bedeutet: 8 g CaCl2 sind in 100 g der Lösung enthalten. Dreisatz:

8 g ≙ 100 g Lösung x g ≙ 150 g Lösung

fi x = 12 g

Nr. 3 0,5 mol pro Liter.

m(Glu cos e) = n(Glu cos e) ⋅ M (Glu cos e) = 0,5mol ⋅ 180,156

g = 90,078 g mol

90,078 g pro Liter. fl β = 90,078 g/L

ρ ( Lsg .) =

m( Lsg .) ⇒ m( Lsg .) = ρ ( Lsg .) ⋅ V ( Lsg .) = 1055, 4 g / L ⋅ 1L = 1055, 4 g V ( Lsg .)

90,078 g pro 1055,4 g Lösung. Da der prozentuale Massenanteil angibt, welche Masse Glucose in 100 g Lösung gelöst ist, kann nun mit dem Dreisatz heruntergerechnet werden: 90,078 g ≙ 1055,4 g Lösung xg

≙ 100 g Lösung fl x ≈ 8,535 g fl w(Glucose) ≈ 8,54%

Nr. 4 a) Fe( s ) + 2 HCl ( aq ) → FeCl2 ( aq ) + H 2 ( g ) ODER Fe( s ) + 2 H 3O + + 2Cl − → Fe 2+ + 2Cl − + H 2 b) Bei der ersten Schreibweise beachte man, dass HCl(aq) eigentlich H3O+ + Cl– bedeutet, da die HCl-Moleküle im Wasser komplett dissoziieren. Ähnliches gilt auch für FeCl2(aq). Hier liegen keine FeCl2-Teilchen vor, sondern dass Salz liegt gelöst vor. Das bedeutet dass die Ionen einzeln und unabhängig voneinander in Lösung gegangen sind. FeCl2 (aq) = Fe2+ + 2Cl–. c) Berechnung der Stoffmenge an HCl 100 g Salzsäure mit w = 8,5% fl m(HCl) = 8,5 g

n( HCl ) =

m( HCl ) 8,5 g = = 0,233125mol M ( HCl ) 36, 461 g mol

Ermittlung von n(Fe)

1Fe( s ) + 2 HCl (aq ) → FeCl2 (aq ) + H 2 ( g ) Mithilfe des Koeffizientenverhältnisses der Reaktionsgleichung folgt: Der Koeffizient 2 entspricht 0,233125 mol. Was entspricht dann dem Koeffizient 1? fl Dreisatz fl n(Fe) = 0,233125 mol : 2 = 0,11656 mol Umrechnung in die Masse m(Fe)

m( Fe) = n( Fe) ⋅ M ( Fe) = 0,11656mol ⋅ 55,845

g ≈ 6,51g mol

Nr. 5 a) MnO2 ( s ) + 4 HCl ( aq ) → MnCl2 ( aq ) + 2 H 2 O + Cl2 ( g ) Trotz dieser vereinfachten Schreibweise sollte man sich im klaren darüber sein, das HCl(aq) = H3O+ + Cl– und MnCl2 = Mn2+ + 2 Cl– bedeutet. b) Berechnung von n(MnO2)

n( MnO2 ) =

m( MnO2 ) 34,3 g = = 0,3945386mol M ( MnO2 ) 86,937 g mol

Ermittlung von n(HCl) aus dem Koeffizientenverhältnis

MnO2 ( s ) + 4 HCl (aq ) → MnCl2 (aq ) + 2 H 2O + Cl2 ( g ) Aus dem 4:1-Verhältnis folgt: n(HCl) = 4 · n(MnO2) fl n(HCl) = 1,57815mol Umrechnung in eine Masse m(HCl) m(HCl) = n(HCl) · M(HCl) = 1,57815 mol · 36,461 g/mol = 57,5411 g Berechnung der Masse an Salzsäure in der 57,5411 g HCl gelöst sind Dreisatz:

29 g HCl

≙ 100 g Lösung (vgl. Aufgabenstellung, w = 29%)

57,5411 g HCl

≙x

fi m(Salzsäure)≈ 198,42 g

Nr. 6 Reaktionsgleichung: H 2 SO4 ( aq ) + 2 NaOH ( aq ) → Na2 SO4 ( aq) + 2 H 2 O nicht vergessen: Obwohl die Stoffe mit dem Anhängsel (aq) zusammen geschrieben wurden, sind sie in Wirklichkeit in voneinander unabhängige Ionen zerfallen. H2SO4 (aq) = „2 H+“ + SO42– = 2 H3O+ + SO42– (H+ lagert sich sofort an H2O an: H+ + H2O = H3O+) NaOH (aq) = Na+ + OH– Na2SO4 (aq) = 2 Na+ + SO42– Berechnung von n(Na2SO4)

n( Na2 SO4 ) =

m( Na2 SO4 ) 35 g = = 0,246409mol M ( Na2 SO4 ) 142,04 g mol

Berechnung der entsprechenden Stoffmengen n(H2SO4) und n(NaOH) aus den Koeffizientenverhältnissen H2SO4

NaOH

Aus dem 1:1-Verhältnis für die Koeffizienten von Na2SO4

Aus dem 2:1-Verhältnis der Koeffizienten von NaOH zu

und H2SO4 folgt:

Na2SO4 folgt:

n(H2SO4) = n(Na2SO4) = 0,246409 mol

n(NaOH) = 2 · n(Na2SO4) = 0,492819 mol

Umrechnung in die Massen H2SO4

NaOH

m(H2SO4)= n(H2SO4) · M(H2SO4) =

m(NaOH)= n(NaOH) · M(NaOH) = = 0,492819 mol 39,997 g/mol = 19,7113 g

= 0,246409 mol 98,078 g/mol = 24,1673 g

Berechnung der einzusetzenden Massen der beiden Ausgangslösungen H2SO4 12 g H2SO4

NaOH ≙ 100 g Lösung (da w = 12%)

24,1673 g H2SO4 ≙ x

fl x ≈ 201,4 g Schwefelsäurelsg.

6 g NaOH

≙ 100 g Lösung (da w = 6 %)

19,7133 g NaOH ≙ x

fl x ≈ 328,6 g Natronlauge