Chemie-Lexikon/Stöchiometrie - Berechnungen von Massenverhältnissen

Beispiel: Thermitreaktion

Betrachten wir zum Einstieg ein erstes Beispiel, wo die Berechnung der Massen wichtig für das Gelingen der Reaktion ist. Mit dem, bei der sogenannten Thermitreaktion, enstehenden flüssigen Eisen werden beim Bau von Gleisen zwei einzelnen Schienenstücke an Ort und Stelle zusammengeschweist. Die Reaktion ist stark exotherm und daher ist das entstehende Eisen so flüssig, dass es in die vorbereitete Form fließt und dabei die Schienen zuverlässig und stabil verbindet.

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  Die Bahnmitarbeiter nutzen fertige Gemische.

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  In einem Reaktionsgefäß wird das flüssige Eisen erzeugt.

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  Nach dem Entfernen der Gussform glüht das Eisen noch.

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  Nach dem Erkalten des Eisen wird die Oberfläche geglättet.

Wichtig, das die Reaktion überhaupt startet und dann richtig abläuft, ist das richtige Verhältnis der zwei Edukte Eisenoxid und Aluminium.

Mögliche Aufgabenstellung

Wieviel Aluminium braucht man für ein Thermitgemisch, wenn noch 35 g Eisenoxid zur Verfügung stehen?

Man startet mit der Überlegung, welche Stoffe miteinander reagieren:

$Eisenoxid + Aluminium \longrightarrow Eisen + Aluminiumoxid$

Da es von Eisen mehrere Oxide gibt, muss man wissen, welches davon entsteht. Beim Aluminium ist die Formel klar, Eisen liegt meist als Fe₂O₃ vor. Nach dem Ausgleichen hat man diese Reaktionsgleichung:

$Fe_2O_3 + 2 Al \longrightarrow 2 Fe + Al_2O_3$

Aus der Reaktiongleichung kann man nun erkennen, dass eine Formeleinheit $Fe_2O_3$ (kein Molekül, aber das ist hierbei nicht wichtig!) auf $2 Al$-Atome kommen müssen. Mit Hilfe der Atommassen, die man aus dem Periodensystem ablesen kann, kann man dann berechnen, welche Masse von dem Eisenoxid $Fe_2O_3$ bzw. dem Alumnium $Al$. das genau sind!

$m(Eisenoxid) = 2 \cdot m(Fe) + 3 \cdot m(O) = 2 \cdot 55,8 u + 3 \cdot 16,0 u = 159,6 u$

Anmerkungen: Beim Notieren ist es sinnvoll darauf zu achten, dass man die der Rechnung so aufschreibt, wie es die Formel $Fe_2O_3$ vorgibt und nicht in Einzelschritten. Die Rechnung mit den Zahlen kann man dann direkt in den Taschenrechner eingeben!

Beispiel: Knallgasgemisch

Das Knallgasgemisch ist ein stöchiometrischs Gemisch von Sauerstoff und Wasserstoff. Während reiner Wasserstoff ruhig verbrennt, gibt es beim Anzünden eines Kanllgasgemisches ein Pfeifen oder einen Knall. Üblicherweise wiegt man Gase nicht, das Beispiel soll aber drei Dinge zeigen.

1. Wie geht man mit den stöchiometrischen Kooeffizienten in den Reaktionsgleichungen um.
2. Wie rechne ich von Massen auf die das Volumen (was bei Gasen ja besser abzumessen ist als die Masse!)
3. Was ändert sich in der Rechnung, wenn man die Masse von einem Produkt bestimmen will.

Mögliche Aufgabenstellung

Wieviel ml Wasser entstehen bei der Verbrennung von 100 l Wasserstoff?