Chemisches Rechnen

 

Vorbemerkung:

 

Der hier skizzierte Unterrichtsgang ist in mehreren Jahren gewachsen als Einstieg in das chemische Rechnen.

Da an nicht allen Schulen in den verschiedenen Bundesländern die gleichen Voraussetzungen bzw. Hauscurricula vorhanden sind, um genau den gleichen Weg zu gehen, muss eventuell die eine oder andere Passage (s.u.) abgeändert werden.

Als zusätzliche Hilfe zu dem didaktischen Vorschlag findet man über der Darstellung Links zu Hilfen wie Videoclips oder Arbeitsblättern.

 

Inhalt

Bedeutung der Abkürzungen:   LV  Lehrerversuch,      SV Schülerversuch,       IB Informationsblatt,           AB Arbeitsblatt,
                                                         HA  Hausaufgabe,          Vi  Videofilm,                  Co Computerprogramm,    Hy App für Handy

 

LV

SV

IB

AB

HA

Vi

Co

Hy

1 Die Hypothese von Avogadro - die Avogadrozahl

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Das molare Volumen

 

 

 

 

 

 

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3 Die Stoffmenge 'Mol'

 

 

 

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4 Die molare Masse

 

 

 

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5 Der Mol Comic

 

 

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6 Das Schema von Dr. Kappenberg (Stöchiometrie)

 

 

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7.Quantitativen Synthesen und Analysen

 

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Aus Schüleraufzeichnungen (überarbeitet und mit Links versehen)

 

Chemisches Rechnen

Wie man Formeln von Stoffen aufstellt, haben wir ja im Kapitel "Aufbau der Materie" genügend geübt. Nun soll es darum gehen, heraus zu bekommen, in welchen Massenverhältnissen die Stoffe miteinander reagieren.

Der Lehrer zeigt uns Silberoxid und sagt: "Wie viel Silber erhalten wir aus 1 g Silberoxid?"

 

1 Die Hypothese von Avogadro - die Avogadrozahl

Merksatz mit den vier "G"s:  Nur für                  

                                                                                        Gase gilt:

                                                                  gleiche Volumina enthalten bei.

                                                                  gleichem Druck und

                                                                  gleicher Temperatur

                                                                  gleich viele Teilchen.

 

2 Das molare Volumen

Er zeigt uns einen Holzwürfel und sagt "Ihr ratet nie, wie viel Sauerstoffteilchen in einem Volumen wären mit dem gleichen Rauminhalt wie der Holzwürfel!". Wir raten, doch unser Vorstellungsvermögen reicht nicht. Es sind:

 

 

Es dauert einig Zeit, bis wir den Namen zu der Zahl gefunden haben. Das spezielle Volumen des Holzwürfels heißt

 

Merken:                 Das molare Volumen VM= 24,2 L /mol

 

und gilt bei uns für 25°C und 101,3 kPa (SATP = Standard Ambient Temperatur and Pressure)

Unsere Parallelklasse muss lernen: Das molare Volumen VM = 22,4 L/mol (schöner Zahlendreher)

(Bei 0°C - STP = Standard Temperatur and Pressure - aber die haben wir meistens in der Schule nicht)

 

Uns ist überhaupt nicht klar, warum das spezielle Volumen molares Volumen heißt und der Lehrer redet von Stoffmenge.


 

 

3. Die Stoffmenge 'Mol'

 

Bei einer chemischen Reaktion reagieren nicht einfach z.B. drei g (Gramm) eines Stoffes sondern immer die kleinsten Teilchen einzeln miteinander. Weil man aber ein einzelnes Teilchen nicht anfassen oder auf eine Waage legen kann, nimmt der Chemiker als Grundlage nicht ein Teilchen sonder sehr viele und zwar genau NA-Teilchen.

 

 

NA ist eine unvorstellbare große Zahl, aber mit ihr kann man ganz einfach berechnen, wie viel von einem Stoff wegreagiert oder entsteht.

 

Merken:     NA ist eine Zahl - 1 mol sind immer NA Stück von einem Stoff - daher Stoffmenge.

 

 

4. Die molare Masse

 

Wo kommt denn bloß diese große Zahl NA her?

Ganz einfach: Wenn man 1g des leichtesten Stoffes auf der Welt (Wasserstoff als Einer-Teilchen) haben will, muss man genau 602 300 000 000 000 000 000 000 auf die Waage legen.

 

Merken:                 Die molare Masse M = Masse von NA Teilchen in g

 

Das ist auch die schwarze Zahl, die oben links am Elementsymbol an den Tafeln steht, die in unseren Chemieräumen hängt.

 

5 Der Mol Comic

Der Begriff der Stoffmenge ist so "schwierig", dass der Lehrer sogar dazu einen Comic hat zeichnen lassen.

 

 X304a

Mol-Comic

X304

Mol & Co.

W07a

bzw.

W07al

 

 

Wir üben das Ganze ausgiebig mit dem Programm Mol & Co: Berechnen von molaren Massen, Umrechnungen von Stoffmengen in Massen, von Volumina in Massen und von Massen in Volumina.

 

Der Lehrer teilt hierzu eine Reihe von Arbeitsblättern aus. Der Höhepunkt sind die Rechenaufgaben W07C.


 

 

6 Das Schema von Dr. Kappenberg (Rechnen von chemischen Textaufgaben)

Aufgabe: Wie viel g Wassers erhält man aus 1 g Wasserstoff?

 

Das Schema von Dr. Kappenberg besteht aus 5 Zeilen (Beispiel):

1.       Namensreaktion: Wasserstoff + Sauerstoff ® Wasser (Dihydrogenoxid)

2.       Formelreaktion:                H2            +             O2           ®           H2O

3.       Formelgleichung:              2 H2        +             O2                 =             2H2O

4.       Frage:                                   1 g                                                           x g  

5.       (aus molare Massen):       2·1·2g    +        16·2g            =             2·(1·2+16)g

 

Reihe 3 bedeutet alles Mögliche:

                2 Wasserstoffteilchen reagieren mit 1 Sauerstoffteilchen zu 2 Wasserteilchen

oder

                2 mol Wasserstoff reagieren mit 1 mol Sauerstoff zu 2 mol Wasser

oder

                4 g Wasserstoff reagieren mit 32g g Sauerstoff zu 36 g Wasser

oder

                48,4 Liter Wasserstoff reagieren mit 24,2 Liter Sauerstoff zu 36 g Wasser - g Wasser, weil Wasser bei
                Raumbedingungen nicht gasförmig ist

 

Die Lösung erhält man, wenn man bei den Zeilen 4 und 5 jeweils einen Bruchstrich zieht und nach "x" auflöst.

             4.                               1 g                                                      x g  

5.                               2·1·2g                                           2·(1·2+16)g

 

daraus folgt:

1 g·36 g

x g =                                                      = 9 g (Wasser erhält man aus 1 g Wasserstoff)

                    4 g

 

Solche Rechenaufgaben kann man auch mit Hilfe des Programms Chemsolve lösen. Hier ist das Schema von Dr. Kappenberg eingearbeitet.

 

 V07 Formeln, Gleichun-gen, Stöchio-metrie

W07c

bzw.

W07c

X202

ChemSolve

 

Doch nun endlich zu unserer Aufgabe mit dem Silber:

Wie viel Silber können wir aus 1 g Silberoxid gewinnen?

 

1.       Namensreaktion:               Disilberoxid         ®          Silber     +             Sauerstoff

2.       Formelreaktion:                Ag2O                      ®           Ag           +             O2

3.       Reaktionsgleichung:         2 Ag2O                   =             4 Ag        +             O2

4.       Frage:                                      1 g                                        x g  

5.       (molare Massen):              2·231,74 g+          =             4·107,9 g

 

1 g·4·107,9 g

x g =                                                      = 0,93 g (Silber können wir aus 1 g Silberoxid gewinnen)

                    2·231,74 g


 

 

7. Quantitative Synthesen und Analysen

 

Hier sind noch einige quantitative Reaktionen aufgeführt:

 

 C10

C11