Chemie Stoffmenge?
Wir haben im Chemieunterricht die folgende Frage bekommen, die wir antworten müssen: wie viel Sauerstoff mehr hätte mit dem Eisen regieren müssen?
Unser Thema ist Stoffmenge . Es geht darum, dass Eisen verbrannt wurde und am Ende Eisenoxid entsteht. Am Anfang war die Masse des Eisens 1,30 g, und nach der Verbrennung war es 1,34 g. Kann mir jemand bitte helfen, das zu lösen?
EF
2Fe + O2 = FEO
2 Antworten
Chemische Reaktionen sind wie mit Lego spielen.
Die Bausteine haben Knöpfe oben. Damit kann man immer zwei aufeinander stecken. Ziel ist es rechteckige, zweistöckige Klötze zu machen.
Die Elemente der Hauptgruppen haben dabei der Reihe nach 1,2, 3, 4, 3, 2, 1, 0 Knöpfe.
Na hat daher 1 Knopf, C hat 4, O entsprechend 2 und Ne keinen. Die Anzahl der Knöpfe ist in der Spalte gleich. Man nannte es früher Wertigkeit. Die Wertigkeiten müssen ausgeglichen sein (zusammenpassen).
Bei den Nebengruppenelementen wie z.B. Eisen (Fe) ist es unterschiedlich. In deinem Beispiel hat Fe 2 Knöpfe, weil O auch 2 hat und sie zusammen FeO bilden, was einen schönen Doppelklotz (Verbindung) ergibt. Es darf dabei nichts übrig bleiben. Wenn du von einer Klötzchensorte (Stoff) zu viele hast, dann darfst du den Reaktionspartner solange zugeben, bis es aufgeht.
Beachte, dass Gase von Elementen (Sauerstoff, Stickstoff, ...) (außer den Edelgasen) immer doppelt vorkommen: O2, N2, Cl2 usw.
Nimm also 2 Klötze Fe (mit 2 Knöpfen) und einen Doppelklotz Sauerstoff (O2) und verbinde sie zu FeO, dann wirst du schnell sehen, dass nicht nur 1 Verbindung FeO gebildet werden kann, denn du hast ja 2 Klötzchen Fe und auch von O. Daher lautet deine Reaktionsgleichung:
2 Fe + O2 ----> 2 FeO
Beachte: der 2. Buchstabe eines Elementsymbols ist immer ein kleiner Buchstabe!
Jetzt weißt du, was passiert. Du kannst das auch so lesen: 2 Teilchen Eisen reagieren mit 1Teilchen O2 zu 2 Teilchen FeO.
Das kann man auch mit größeren Teilchenzahlen machen, aber das Verhältnis ist immer wie oben. Daher kannst du auch sagen:
2 Dutzend Eisen-Teilchen reagieren mit 1 Dutzend Sauerstoffgas-Teilchen zu 2 Dutzend Eisenoxid-Teilchen.
2 mol Eisen reagieren mit 1 mol Sauerstoffgas zu 2 mol Eisenoxid.
Um jetzt die Teilchenzahlen mit deiner Einwaage in Verbindung zu bringen muss man die Massen mit den Teilchenzahlen in einer Formel verarbeiten:
Wenn man weiß, wie viel die Teilchen oder besser 1 mol Teilchen eines Elementes wiegen, dann kann man leicht die Teilchenzahlen (= Stoffmenge) ausrechnen.
Stoffmenge = gewogene Masse / Masse von 1 mol
n = m / M
M steht im Periodensystem (Massezahl mit der Einheit g/mol):
besser: M = molare Masse
m ist gegeben
Damit kannst du die Stoffmenge n von Eisen n(Fe) ausrechnen, die am Anfang da war.
Man weiß aber nicht, wie viel Eisen reagiert hat. Jetzt wird es komplizierter:
Aus n Eisen bilden sich Eisenoxid und es bleibt Eisen übrig. Die Anzahl der Fe-Teilchen vor und nach der Reaktion ist aber (immer) gleich. Also gilt:
n-Fe-vorher = n-Fe-nachher + n-Eisenoxid ... , wobei die Anzahl der Teilchen von Fe nach der Reaktion um die Anzahl der Eisen-Teilchen x, die im FeO stecken, geringer ist. .... das kürze ich jetzt einmal etwas ab
a = (a - x) + x
mit a = n-Fe-vorher ; x = n-Eisenoxid und damit (a-x) = n-Fe-nachher
Das kann man nun mit der molaren Masse M wieder in Masse m umrechnen, wovon Werte gegeben sind.
Masse des Resteisens + Masse des Eisenoxids = 1,34g
(a-x) * M(Fe) + x * M(Fe) = 1,34 g ... das kann man nach x auflösen und a kann man aus der Anfangsmasse des Eisens (1,30 g) berechnen.
Damit hast du (x), also die Stoffmenge des nicht reagierten Eisens. Halb so viel wie (x) brauchst du an Sauerstoff, wie du aus der Reaktionsgleichung ablesen kannst.
Die Sauerstoffmenge n(O2) ist also n(O2) = 1/2 * x und die Masse des Sauerstoffs bekommst du über m = n * M für Sauerstoff:
m(O2) = n(O2) * M(O2). mit M(O2) = 2*16 g/mol = 32 g/mol
fertig.
Ja, das war wirklich heftig und ich vermute mal, dass das deine Lehrperson nicht gedacht hat.
Es sind
n(Resteisen nach der Reaktion) = 0,02 mol
diese müssen noch mit Sauerstoff reagieren ... wozu man halbsoviel Mol O2 braucht. (oder n(O2) = 0,01.. mol). Das sind ...
m(O2) = 0,332 g
Beachte dass die Zahlen des Taschenrechners nur mit 2 Stellen angegeben sind und noch mehr Stellen (die man sinnvollerweise nicht notiert, aber damit rechnet).
Wemm Du die Reaktionsgleichung
2Fe + O2 = FEO
korrekt ausgleichst, kannst Du die Überlegung anwenden:
Wenn ein Molekül Eisen zu x Molekülen Eisenoxid reagiert, dann reagiert ein Mol Eisen zu x Molen Eisenoxid.
Du solltest als erstes die Massen in Stoffmengen umrechnen (mittels der Molmasse), dann überlegen, wieviel Fe hat reagiert, wieviel ist noch unreagiert übrig, und wieviel O₂ brauchte dieses, um auch zu reagieren.