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
|
|
|
|
|
|
|
+
|
+
|
|
3 Die Stoffmenge 'Mol'
|
|
|
|
+
|
|
|
+
|
+
|
|
4 Die molare Masse
|
|
|
|
+
|
|
|
+
|
+
|
|
5 Der Mol Comic
|
|
|
+
|
|
|
|
+
|
+
|
|
6 Das
Schema von Dr. Kappenberg (Stöchiometrie)
|
|
|
+
|
+
|
|
|
+
|
+
|
|
7.Quantitativen
Synthesen und Analysen
|
|
+
|
|
+
|
|
|
|
|
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.
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.
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:
