Stöchiometrie – Ausgleichen von Reaktionsgleichungen

Stöchiometrie – Ausgleichen von Reaktionsgleichungen Übung

• Bestimme die Summenformeln der dargestellten Stoffe.

  Tipps

  Das Gas Sauerstoff wird mit $\ce{O_2}$ dargestellt, weil der Stoff aus zwei Sauerstoffatomen besteht.

  Die tiefgestellte $3$ bedeutet, dass in dem Molekül drei Atome dieses Elements vorhanden sind.

  Lösung

  Stöchiometrie bezeichnet ein mathematisches Vorgehen, das sicherstellt, dass die Grundprinzipien der Chemie nicht verletzt werden. Das Wort setzt sich zusammen aus den altgriechischen Wörtern für „Grundstoff“ und „Maß“: „stoicheion“ und „metron“. Damit sind die Mengenverhältnisse der Atome in den Edukten und Produkten gemeint.

  Es muss das Gesetz der konstanten Proportionen gelten. Es besagt, dass eine chemische Verbindung durch das Verhältnis der einzelnen Elemente zueinander eindeutig bestimmt ist. Dieses Verhältnis wird durch die Summenformel ausgedrückt. Die Summenformel eines Moleküls darf nicht verändert werden:

  • Der Stoff Schwefel wird nur mit dem Elementsymbol $\ce{S}$ dargestellt.
  • Das Gas Sauerstoff hingegen kommt immer zweiatomig vor. Das bedeutet, dass sich zwei Sauerstoffatome verbinden. Deshalb ist die Summenformel $\ce{O_2}$.
  • Schwefeldioxid ist eine Verbindung aus einem Schwefelatom und zwei Sauerstoffatomen (ausgedrückt durch die Vorsilbe di-). Daher ist die Summenformel $\ce{SO_2}$.
  • Bei Schwefeltrioxid steht vor dem -oxid ein tri- anstatt eines di-. Die Vorsilbe tri- bedeutet, dass drei Atome des folgenden Elements vorhanden sind. Darum ist die Summenformel für Schwefeltrioxid $\ce{SO_3}$.

• Gib an, wie man eine chemische Reaktion aufstellt.

  Tipps

  Das ist ein Beispiel für eine Wortgleichung:

  Kohlenstoff $+$ Sauerstoff $\to$ Kohlenstoffdioxid

  Nachdem wir die Formelgleichung aufgestellt haben, zählen wir die Atome.

  Ganz am Ende kontrollieren wir, ob links und rechts gleich viele Atome vorhanden sind.

  Lösung

  Wenn wir ein chemisches Experiment durchführen wollen, dann ist es wichtig, aufzuschreiben, welche Stoffe vor der Reaktion vorliegen (Edukte) und welche Stoffe dabei entstehen (Produkte). Dies folgt einem bestimmten Schema, das immer gleich ist.

  Dabei muss das Gesetz der konstanten Proportionen gelten. Es besagt, dass eine chemische Verbindung durch das Verhältnis der einzelnen Elemente zueinander eindeutig bestimmt ist. Dieses Verhältnis wird durch die Summenformel ausgedrückt. Die Summenformel eines Moleküls darf nicht verändert werden.

  Doch auch das Gesetz der Erhaltung der Masse muss erfüllt werden. Deshalb gleichen wir die Reaktionsgleichung mit sogenannten stöchiometrischen Koeffizienten aus. Das sind die Zahlen vor den Summenformeln.

  So kommen wir Schritt für Schritt zu einer Reaktionsgleichung:
  1. Aufstellen der Wortgleichung
  2. Aufstellen der Formelgleichung
  3. Zählen der Atome
  4. Ausgleichen
  5. Kontrollieren

• Zeige auf, wie man eine Reaktionsgleichung zur Herstellung von Aluminiumoxid aufstellt.

  Tipps

  Links und rechts des Reaktionspfeils müssen gleich viele Atome einer Sorte vorhanden sein.

  Du brauchst das kleinste gemeinsame Vielfache (kgV), um die Reaktionsgleichung auszugleichen.

  Das kgV von $2$ und $3$ ist $6$, weil die Zahl $6$ durch beide Zahlen teilbar ist.

  Lösung

  Wenn wir ein chemisches Experiment durchführen wollen, dann ist es wichtig, aufzuschreiben, welche Stoffe vor der Reaktion vorliegen (Edukte) und welche Stoffe dabei entstehen (Produkte). Dies folgt einem bestimmten Schema, das immer gleich ist:
  1. Aufstellen der Wortgleichung
  2. Aufstellen der Formelgleichung
  3. Zählen der Atome
  4. Ausgleichen
  5. Kontrollieren

  Beim Aufstellen von Reaktionsgleichungen muss das Gesetz der konstanten Proportionen gelten. Es besagt, dass eine chemische Verbindung durch das Verhältnis der einzelnen Elemente zueinander eindeutig bestimmt ist. Dieses Verhältnis wird durch die Summenformel ausgedrückt. Die Summenformel eines Moleküls darf nicht verändert werden.

  Doch auch das Gesetz der Erhaltung der Masse muss erfüllt werden. Deshalb gleichen wir die Reaktionsgleichung mit sogenannten stöchiometrischen Koeffizienten aus. Das sind die Zahlen vor den Summenformeln. Damit erreichen wir, dass rechts und links des Reaktionspfeils jeweils gleich viele Atome einer Sorte vorhanden sind.

  Zur Reaktionsgleichung zur Herstellung von Aluminiumoxid kommen wir somit Schritt für Schritt wie folgt:

  Aluminium $\quad + \quad$ Sauerstoff $\quad \longrightarrow \quad$ Aluminiumoxid

  $\qquad \quad \ce{Al} \quad + \qquad \quad ~ \ce{O_2} \quad ~\longrightarrow \quad \ce{Al_{2}O_3}$

  $\qquad \quad \ce{Al} \quad + \qquad ~~~ 3~ \ce{O_2} \quad \longrightarrow \quad 2~ \ce{Al_{2}O_3}$

  $\quad ~~~~4~ \ce{Al} \quad + \qquad ~~~~ 3~ \ce{O_2} \quad \longrightarrow \quad 2~ \ce{Al_{2}O_3}$

• Entscheide, ob das Mengenverhältnis der jeweiligen Reaktionsgleichung stimmt.

  Tipps

  Links und rechts des Reaktionspfeils müssen gleich viele Atome einer Sorte vorhanden sein.

  Es gibt zwei Reaktionsgleichungen, die ein korrektes Mengenverhältnis vorweisen.

  Lösung

  Beim Aufstellen von Reaktionsgleichungen muss das Gesetz der konstanten Proportionen gelten. Es besagt, dass eine chemische Verbindung durch das Verhältnis der einzelnen Elemente zueinander eindeutig bestimmt ist. Dieses Verhältnis wird durch die Summenformel ausgedrückt. Die Summenformel eines Moleküls darf nicht verändert werden.

  Doch auch das Gesetz der Erhaltung der Masse muss erfüllt werden. Deshalb gleichen wir die Reaktionsgleichung mit sogenannten stöchiometrischen Koeffizienten aus. Das sind Zahlen vor den Summenformeln. Damit erreichen wir, dass rechts und links des Reaktionspfeils gleich viele Atome einer Sorte vorhanden sind.

  Um zu überprüfen, ob die Reaktionsgleichung richtig ausgeglichen wurde, zählen wir die Atome jedes Elements auf der linken sowie auf der rechten Seite des Reaktionspfeils:

  • Stimmt die Anzahl überein, wurde die Reaktionsgleichung richtig ausgeglichen: Das Mengenverhältnis ist korrekt.
  • Stimmt die Anzahl nicht überein, wurde ein Fehler gemacht: Das Mengenverhältnis inkorrekt.

  
  

  Beispiel 1:

  $2~ \ce{Na} \quad + \quad 2~\ce{H_2O} \quad \longrightarrow \quad 2~\ce{NaOH} \quad + \quad \ce{H_2}$

  $\Rightarrow$ Das Mengenverhältnis ist korrekt, denn es sind zwei Natriumatome, vier Wasserstoffatome sowie zwei Sauerstoffatome auf jeder Seite des Reaktionspfeils.

  
  

  Beispiel 2:

  $2~ \ce{Fe} \quad + \quad 2~\ce{O_2} \quad \longrightarrow \quad \ce{Fe_3O_4}$

  $\Rightarrow$ Das Mengenverhältnis ist inkorrekt, denn es sind zwei Eisenatome auf der linken Seite, jedoch drei Eisenatome auf der rechten Seite.

  Richtig müsste die Reaktionsgleichung so aussehen:

  $\boldsymbol{3}~ \ce{Fe} \quad + \quad 2~\ce{O_2} \quad \longrightarrow \quad \ce{Fe_3O_4}$

  
  

  Beispiel 3:

  $2~\ce{As} \quad + \quad 5~\ce{O_2} \quad \longrightarrow \quad 2~ \ce{As_2O_5}$

  $\Rightarrow$ Das Mengenverhältnis ist inkorrekt, denn es sind zwei Arsenatome auf der linken Seite, jedoch vier Arsenatome auf der rechten Seite.

  Richtig müsste die Reaktionsgleichung so aussehen:

  $\boldsymbol{4}~\ce{As} \quad + \quad 5~\ce{O_2} \quad \longrightarrow \quad 2~ \ce{As_2O_5}$

  
  

  Beispiel 4:

  $2~ \ce{Al} \quad + \quad 3~\ce{ZnO} \quad \longrightarrow \quad \ce{Al_2O_3} \quad + \quad 3~\ce{Zn}$

  $\Rightarrow$ Das Mengenverhältnis ist korrekt, denn es sind zwei Aluminiumatome, drei Zinkatome sowie drei Sauerstoffatome auf jeder Seite des Reaktionspfeils.

• Benenne die Stoffe der dargestellten chemischen Reaktion.

  Tipps

  Oxide sind Verbindungen mit Sauerstoff.

  Das Elementsymbol für Nickel ist $\ce{Ni}$.

  Die Vorsilbe „mono-“ bedeutet, dass nur ein Atom von der Sorte vorhanden ist.

  Lösung

  Bei jeder chemischen Reaktion gibt es Edukte und Produkte:

  • Edukte (auch Reaktanten) sind die Ausgangstoffe einer chemischen Reaktion.
  • Produkte sind die Stoffe, die bei einer chemischen Reaktion entstehen.

  In diesem Beispiel reagieren Stickstoff und Sauerstoff miteinander. Das sind also die Edukte. Das Produkt, das bei der Reaktion entsteht, heißt Stickstoffmonoxid. Die chemische Reaktion kann mit einer Wortgleichung sowie einer Formelgleichung dargestellt werden.

  Wortgleichung:

  Stickstoff $\quad + \quad$ Sauerstoff $\quad \longrightarrow \quad$ Stickstoffmonoxid

  Formelgleichung:

  $\ce{N_2} \quad + \quad \ce{O_2} \quad \longrightarrow \quad 2~\ce{NO}$

• Vervollständige die Reaktionsgleichungen.

  Tipps

  Links und rechts des Reaktionspfeils müssen gleich viele Atome einer Sorte vorhanden sein.

  Du brauchst das kleinste gemeinsame Vielfache (kgV), um die Reaktionsgleichung auszugleichen.

  Das kgV von $2$ und $3$ ist $6$, weil die Zahl $6$ durch beide Zahlen teilbar ist.

  Lösung

  Beim Aufstellen von Reaktionsgleichungen muss das Gesetz der konstanten Proportionen gelten. Es besagt, dass eine chemische Verbindung durch das Verhältnis der einzelnen Elemente zueinander eindeutig bestimmt ist. Dieses Verhältnis wird durch die Summenformel ausgedrückt. Die Summenformel eines Moleküls darf nicht verändert werden.

  Doch auch das Gesetz der Erhaltung der Masse muss erfüllt werden. Deshalb gleichen wir die Reaktionsgleichung mit sogenannten stöchiometrischen Koeffizienten aus. Das sind die Zahlen vor den Summenformeln.

  
  

  Beispiel 1:

  $\boldsymbol{3}~ \ce{Mg} \quad + \quad \ce{Fe_2O_3} \quad \longrightarrow \quad \boldsymbol{3}~ \ce{MgO} \quad + \quad \boldsymbol{2}~ \ce{Fe}$

  
  

  Beispiel 2:

  $\boldsymbol{3}~ \ce{Fe} \quad + \quad \boldsymbol{4}~ \ce{H_2O} \quad ~~ \longrightarrow \quad ~~~\ce{Fe_3O_4} \quad + \quad \boldsymbol{4}~ \ce{H_2}$

  
  

  Beispiel 3:

  $\ce{N_2}~ \quad + \quad \boldsymbol{3}~ \ce{H_2} \quad ~~~~~\longrightarrow \quad \boldsymbol{2}~ \ce{NH_3}$