Erstelle die Reaktionsgleichung zur Herstellung von Magnesiumphosphat aus Magnesium und Phosphorsäure?
Hallo Leute habe wieder eine Doppel Aufgabe in Chemie und komme nicht weiter.
Die erste Aufgabe ist in der Überschrift und der zweite lautet:
Berechne die zur Herstellung von 500 g Magnesiumphosphat notwendigen Mengen an Ausgangsstoffen.
Vielen Dank im voraus👍
3 Antworten
Man kann da zwar eine Wunschgleichung aufstellen (3 Mg + 2 H3PO4 --> Mg3(PO4)2 + 3 H2), berechnen braucht man aber nichts, weil es so nicht abläuft. Eventuell gebildetes Trimagnesiumdiphosphat würde sofort mit weiterer Phosphorsäure zu Hydrogenphosphat reagieren, und dann gibt's nichts, was die überschüssige Säure wieder rausholt. Das Produkt wird aus Magnesiumoxid oder-hydroxid und Phosphorsäure oder durch Umsetzung von Hydrogenphosphat mit Magnesiumhydroxid hergestellt.
Moin,
zuerst musst du die Reaktionsgleichung aufstellen. Dazu gehst du systematisch folgendermaßen vor:
1. Aufstellen der Wortgleichung
Magnesium und Phosphorsäure reagieren zu Magnesiumphosphat und Wasserstoff.
Das weißt du, weil (unedle) Metalle mit Säuren stets so reagieren, dass dabei Salze und Wasserstoff herauskommen... Die Wortgleichung zeigt dir, welche Stoffe überhaupt in der angestrebten Reaktionsgleichung auftreten.
2. Übersetzen der Wortgleichung in eine vorläufige Formelgleichung
Hierbei geht es darum, die korrekten Formeln aller Reaktionsteilnehmer (Edukte und Produkte) zu ermitteln.
Die Formel von Magnesium ist "Mg". Hier entspricht die Formel dem Symbol für Magnesium im Periodensystem der Elemente (PSE). Die Formel von Phosphorsäure lautet "H3PO4". Die solltest du mal gelernt haben und auswendig kennen. Wenn das nicht der Fall ist, nachholen! Die Formel von Wasserstoff ist "H2", denn Wasserstoff gehört zu den sieben Ausnahmen im PSE, deren kleinste Teilchen nicht in einzelnen Atomen vorliegen, sondern in zweiatomigen Minimolekülen. Auch diese sieben Ausnahmen solltest du auswendig wissen. Wenn du das nicht kannst, lernen! Die Ausnahmen sind Wasserstoff, H2, Stickstoff, N2, Sauerstoff, O2 sowie die vier Halogene Fluor, F2, Chlor, Cl2, Brom, Br2 und Iod, I2.
Bleibt noch die Formel von Magnesiumphosphat. Magnesium bildet zweifach positiv geladene Kationen (Magnesium: 2. Hauptgruppe im PSE -> 2 Valenzelektronen -> führt zur Abgabe dieser Elektronen (weil es energetisch viel aufwendiger wäre, sechs Elektronen aufzunehmen) -> deshalb sind Magnesiumkationen zweifach positiv geladen (Mg^2+).
Phosphorsäure ist dreiprotonig ("H3PO4"). Wenn das Molekül alle drei Protonen (3 H^+) abspaltet, bleibt ein dreifach negativ geladenes Säurerestanion (Phosphatanion) zurück ("PO4^3–"). In einer Verhältnisformel eines Salzes müssen nun von beiden Ionensorten so viele zusammengestellt werden, dass sich die beiden gegensätzlichen Ionenladungen gegenseitig kompensieren (in ihrer Wirkung aufheben). Da die Magnesiumkationen 2+ sind und die Phosphatanionen 3– brauchst du drei Magnesiumkationen (= 6 Plusladungen) und zwei Phospatanionen (= 6 Minusladungen), um eine Formel hinzubasteln, in der sich die Ladungen ausgleichen. Deshalb lautet die Formel von Magnesiumphosphat "Mg3(PO4)2". Und die vorläufige Formalgleichung heißt dann
Mg + H3PO4 ---> Mg3(PO4)2 + H2
3. Ausgleichen der vorläufigen Formelgleichung (= Erstellen der Reaktionsgleichung)
Bei einer chemischen Reaktion kommt keine Masse hinzu und es kann im Prinzip auch keine Masse verloren gehen (Gesetz zur Erhaltung der Masse). Weil nun also die Summe der Massen aller Edukte (Ausgangsstoffe) und die Summe der Massen aller Produkte (Endstoffe) gleich sein sollen, musst du in deiner Reaktionsgleichung dafür sorgen, dass von allen der jeweiligen Elementsymbole gleich viele auf beiden Seiten des Reaktionspfeils vorhanden sind. Also machen wir das Schritt für Schritt:
Mg + H3PO4 ---> Mg3(PO4)2 + H2
Links hast du 1 x "Mg", rechts 3 x (im Mg3(PO4)2). Nun brauchst du das kleinste gemeinsame Vielfache (kgV) von "1" und "3" und das ist "3". Deshalb musst du vor die Formel "Mg" den Faktor "3" setzen, während du den Faktor "1" vor der Formel "Mg3(PO4)2" weglassen kannst, weil er nichts ändert...
3 Mg + H3PO4 ---> Mg3(PO4)2 + H2
Kommen wir zum zusammengesetzten Phosphatanion. Davon hast du links eins (im "H3PO4") und rechts zwei (im "Mg3(PO4)2"). Wieder brauchst du ein kgV, diesmal von "1" und "2", also "2". Deshalb muss vor die Formel "H3PO4" der Faktor "2", während du den Faktor "1" vorm "Mg3(PO4)2" wieder weglassen kannst.
3 Mg + 2 H3PO4 ---> Mg3(PO4)2 + H2
Nun hast du links 3 "Mg", rechts auch. Und du hast links und rechts jeweils 2 "PO4". Was noch fehlt, ist der Wasserstoff. Durch den Faktor "2" vorm "H3PO4" hast du nun links 6 x H. Rechts hast du nur 2 x H (im "H2"). Das kgV von "6" und "2" ist "6". Deshalb musst du links nichts verändern, während du rechts vor das "H2" den Faktor "3" setzen musst. So erhältst du die ausgeglichene Reaktionsgleichung
3 Mg + 2 H3PO4 ---> Mg3(PO4)2 + 3 H2
Soweit, so gut... Kommen wir nun zum zweiten Problem. Um ermitteln zu können, wie viel Gramm du von den Edukten brauchst, um am Ende 500 g Magnesiumphosphat heraus zu bekommen, musst du wissen, wie groß die Stoffmenge vom Magnesiumphosphat ist, die 500 g Masse hat. Das bekommst du mit Hilfe der Formel
n = m / M
heraus. Diese Beziehung bedeutet, dass sich die Stoffmenge n (in mol) aus dem Quotienten der Masse m (in g) und der Formelmasse M (in g / mol) ergibt. Die Masse m kennst du; sie beträgt laut Aufgabentext "500 g". Die molare Formelmasse M kannst du leicht ermitteln, indem du die Atommassen der enthaltenen Elementsymbole addierst (und auf ein Mol beziehst). Die atomaren Massen der Formelbestandteile sind
Mg = 24 u
P = 31 u
O = 16 u
Das ergibt insgesamt
Mg3(PO4)2: 3 x 24 u + 2 x 31 u + 8 x 16 u = 262 u
und somit auch 262 g / mol
n[Mg3(PO4)2] = m[Mg3(PO4)2] / M[Mg3(PO4)2]
n = 500 g / 262 g / mol
n = 1,9 mol
Antwort 1: 1,9 mol Magnesiumphosphat hat die Masse von 500 g.
Aus der Reaktionsgleichung kannst du ersehen, dass immer wenn 3 mol "Mg" mit 2 mol "H3PO4" reagieren genau 1 mol "Mg3(PO4)2" entsteht. Nun benötigst du aber nicht 1 mol, sondern 1,9 mol (um auf die Masse von 500 g zu kommen). Demnach brauchst du auch jeweils das 1,9-fache an Ausgangsstoffen, nicht wahr?! Also musst du
(1,9 • 3 =) 5,7 mol "Mg" mit
(1,9 • 2 =) 3,8 mol "H3PO4" reagieren lassen.
Und nun kannst du wieder mit der Formel n = m / M die Massen der Ausgangsstoffe berechnen, nämlich
n(Mg) = m(Mg) / M(Mg)
n(Mg) • M(Mg) = m(Mg)
5,7 mol • 24 g / mol = 136,8 g
bzw.
n(H3PO4) • M(H3PO4) = m(H3PO4)
3,8 mol • 98 g / mol = 372,4 g
Antwort:
Wenn man 136,8 g Magnesium mit 372,4 g Phosphorsäure vollständig reagieren lässt, erhält man 500 g Magnesiumphosphat.
Alles klar?!
LG von der Waterkant
Sorry dass ich mich erst so spät melde.
Vielen Dank für die große Hilfe. 👍
Ja also erstelle erstmal die Reaktionsgleichung von Magnesium und Phosphorsäure!
Als Zweites berechne wie viel mol 500g Magnesiumphosphat sind!
Als Drittes schau dir anhand der Reaktionsgleichung an, wie das Verhältnis zwischen Edukten und Produkten ist und bestimme anhand dessen, wie viel mol von den jeweiligen Edukten du brauchst!
Aus der Stoffmenge in mol kannst du die benötigte Masse der Edukte berechnen!
Wenn du Schwierigkeiten bei den einzelnen Schritten hast, kannst du gerne nachfragen! Lg