Chemische Bindungen und Stöchiometrie: Korrigierte Übungsaufgaben

1) Ionische Bindung von NaCl

I. Ein Paar von Atomen teilt sich seine Elektronen nicht. (F)

II. Natrium präsentiert die Elektronenkonfiguration von Neon. (V)

III. Chlor präsentiert die Elektronenkonfiguration von Argon. (V)

2) Wir können sagen, dass bei der Verbindung MgCl₂ Magnesium:

I. ein Oktett in seiner äußeren Schale hat. (V)

II. 2 Elektronen verloren hat. (V)

III. 2 Elektronen gewonnen hat. (F)

IV. seine Valenzelektronen teilt. (F)

4) Bezüglich der folgenden Verbindungen PCl₅, BF₃, CH₄, XeF₄ kann man sagen:

I. Das C in CH₄ erfüllt die Oktettregel durch gemeinsame Nutzung. (V)

II. Die Verbindung BF₃ hat 26 Valenzelektronen insgesamt. (F)

III. P und Xe haben 5 bzw. 8 Valenzelektronen. (V)

6) Eine der wichtigsten Reaktionen der Metallurgie des Eisens ist wie folgt:

Fe₂O₃(s) + 3 CO (g) → Fe + 3 CO₂(g)

Wenn eine Tonne Fe₂O₃ 400 kg Eisen produziert und wir annehmen, dass die Reaktion mit 100% Ausbeute abläuft, können wir sagen, dass die Reinheit des Erzes:

• Berechnung der theoretischen Ausbeute:
• Molmassen: Fe ≈ 55,85 g/mol, O ≈ 16,00 g/mol, Fe₂O₃ ≈ 159,70 g/mol.
• Molare Masse Fe₂O₃ = 2 * 55,85 + 3 * 16,00 = 159,70 g/mol.
• Stöchiometrisches Verhältnis: 1 Mol Fe₂O₃ liefert 2 Mol Fe.
• Theoretische Masse Fe = (1000 kg Fe₂O₃ / 159,70 g/mol) * (2 Mol Fe / 1 Mol Fe₂O₃) * 55,85 g/mol ≈ 699,44 kg Fe.
• Reinheit des Erzes = (Tatsächliche Masse Fe / Theoretische Masse Fe) * 100% = (400 kg / 699,44 kg) * 100% ≈ 57,19%.

Die Reinheit des Erzes beträgt ungefähr 57,19%.

7) Wir haben die folgende Reaktion:

CaCl₂ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + 2HCl

(Die Frage ist unvollständig, da die Menge der Edukte fehlt. Es wird angenommen, dass die Reaktion stöchiometrisch abläuft.)

Wie viel Calciumnitrat wird erhalten, wenn... [Menge fehlt]?

8) Bestimmen Sie aus der unsymmetrischen Gleichung KClO₃ → KCl + O₂ die Masse an KClO₃, die benötigt wird, um 100 g molekularen Sauerstoff (O₂) zu erhalten:

Ausgleich der Gleichung:

2 KClO₃ → 2 KCl + 3 O₂

Berechnung:

• Molmassen: O₂ ≈ 32,00 g/mol, KClO₃ ≈ 122,55 g/mol.
• Mol O₂ = 100 g / 32,00 g/mol ≈ 3,125 Mol O₂.
• Stöchiometrisches Verhältnis: 2 Mol KClO₃ liefern 3 Mol O₂.
• Benötigtes Mol KClO₃ = 3,125 Mol O₂ * (2 Mol KClO₃ / 3 Mol O₂) ≈ 2,083 Mol KClO₃.
• Masse KClO₃ = 2,083 Mol * 122,55 g/mol ≈ 255,31 g.

Es werden ungefähr 255,31 g KClO₃ benötigt.

9) Es reagierten 20 g Bismut(III)-oxid (Bi₂O₃) mit 50 g Salpetersäure gemäß der folgenden Reaktion:

Bi₂O₃ + 6HNO₃ → 2Bi(NO₃)₃ + 3 H₂O

Bestimmung des limitierenden Reagenz und der Masse des gebildeten Bi(NO₃)₃:

• Molmassen: Bi ≈ 208,98 g/mol, O ≈ 16,00 g/mol, N ≈ 14,01 g/mol, H ≈ 1,01 g/mol.
• M(Bi₂O₃) ≈ 465,96 g/mol.
• M(HNO₃) ≈ 63,02 g/mol.
• M(Bi(NO₃)₃) ≈ 334,00 g/mol.
• Mol Bi₂O₃ = 20 g / 465,96 g/mol ≈ 0,0429 Mol.
• Mol HNO₃ = 50 g / 63,02 g/mol ≈ 0,7934 Mol.
• Limitierendes Reagenz:
• Benötigtes HNO₃ für 0,0429 Mol Bi₂O₃: 0,0429 * 6 ≈ 0,2574 Mol HNO₃. Da 0,7934 Mol HNO₃ vorhanden sind, ist Bi₂O₃ das limitierende Reagenz.
• Mol Bi(NO₃)₃ gebildet: 0,0429 Mol Bi₂O₃ * (2 Mol Bi(NO₃)₃ / 1 Mol Bi₂O₃) ≈ 0,0858 Mol.
• Masse Bi(NO₃)₃ = 0,0858 Mol * 334,00 g/mol ≈ 28,66 g.

Die Masse des gebildeten Bi(NO₃)₃ beträgt ungefähr 28,66 g, und das limitierende Reagenz ist Bismut(III)-oxid.

10) Die folgende Reaktion ist nicht ausgeglichen:

Cu + I₂ → CuI

(Die Gleichung ist bereits ausgeglichen, wenn man von Kupfer(I)-iodid ausgeht: Cu + I₂ → 2 CuI ist falsch, Cu + I₂ → CuI ist korrekt, wenn Cu in Oxidationsstufe +1 vorliegt.)

Wenn ein Mol Cu auftritt:

Bei der Reaktion von 1 Mol Cu mit 1 Mol I₂ entsteht 1 Mol CuI.

11) Die folgende Reaktion ist noch nicht abgeschlossen:

Ca(HCO₃)₂ → CaO + H₂O + CO₂

(Ausgeglichen: Ca(HCO₃)₂ → CaO + H₂O + 2 CO₂)

Wenn 40,5 g Calciumhydrogencarbonat erhitzt werden, können wir bestätigen, dass:

• Molmasse Ca(HCO₃)₂ ≈ 162,10 g/mol.
• Mol Ca(HCO₃)₂ = 40,5 g / 162,10 g/mol ≈ 0,250 Mol.
• Theoretische Masse CO₂ = 0,250 Mol * 2 * 44,01 g/mol ≈ 22,005 g.

Die Menge an gebildetem Gas (CO₂) beträgt ungefähr 22,01 g.

12) Es wurden 122,8 g MnO₂ mit einer Reinheit von 85% mit einem Überschuss HCl umgesetzt, um molekulares Chlor (Cl₂) gemäß der folgenden Reaktion zu bilden:

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2 H₂O

Berechnung der Masse des gebildeten molekularen Chlors in Gramm:

• Molmassen: MnO₂ ≈ 86,94 g/mol, Cl₂ ≈ 70,90 g/mol.
• Tatsächliche Masse reines MnO₂ = 122,8 g * 0,85 ≈ 104,38 g.
• Mol reines MnO₂ = 104,38 g / 86,94 g/mol ≈ 1,2006 Mol.
• Stöchiometrisches Verhältnis: 1 Mol MnO₂ liefert 1 Mol Cl₂.
• Mol Cl₂ gebildet = 1,2006 Mol.
• Masse Cl₂ = 1,2006 Mol * 70,90 g/mol ≈ 85,12 g.

Die Masse des gebildeten molekularen Chlors beträgt ungefähr 85,12 Gramm.

13) Die Synthese von Aspirin aus Salicylsäure und Essigsäureanhydrid wird nach folgender Reaktion hergestellt:

C₇H₆O₃ + C₄H₆O₃ → C₉H₈O₄ + CH₃COOH

Bestimmung der Ausbeute der Reaktion, wenn aus 20 g Salicylsäure 21 g der Verbindung erhalten werden:

• Molmassen: Salicylsäure (C₇H₆O₃) ≈ 138,12 g/mol, Aspirin (C₉H₈O₄) ≈ 180,16 g/mol.
• Mol Salicylsäure = 20 g / 138,12 g/mol ≈ 0,1448 Mol.
• Theoretische Masse Aspirin = 0,1448 Mol * 180,16 g/mol ≈ 26,09 g.
• Ausbeute = (Tatsächliche Masse / Theoretische Masse) * 100% = (21 g / 26,09 g) * 100% ≈ 80,49%.

Die Ausbeute der Reaktion beträgt ungefähr 80,49%.

14) Ethylalkohol verbrennt nach folgender Gleichung:

C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O

Wenn 1,5 Mol Ethanol in Gegenwart von 2 Mol Sauerstoff verbrennen, ist die Anzahl der Mole Wasser, die hergestellt wird:

• Stöchiometrisches Verhältnis: 1 Mol C₂H₅OH benötigt 3 Mol O₂.
• Für 1,5 Mol C₂H₅OH werden 1,5 * 3 = 4,5 Mol O₂ benötigt. Da nur 2 Mol O₂ vorhanden sind, ist O₂ das limitierende Reagenz.
• Mol H₂O gebildet: 2 Mol O₂ * (3 Mol H₂O / 3 Mol O₂) = 2 Mol H₂O.

Es werden 2 Mol Wasser hergestellt.

15) Es reagierten 15 g C mit 15 g O. Die Reaktion endet mit einem Überschuss von 0,75 g C. Nach dem Obigen kann man schließen, dass die Masse der gebildeten Verbindung ist:

• Masse des verbrauchten C = 15 g - 0,75 g = 14,25 g C.
• Masse des verbrauchten O = 15 g (da O das limitierende Reagenz war, da C im Überschuss blieb).
• Masse der gebildeten Verbindung = Masse verbrauchtes C + Masse verbrauchtes O = 14,25 g + 15 g = 29,25 g.

Die Masse der gebildeten Verbindung beträgt 29,25 g.

16) Das Massenverhältnis der Elemente A und B beträgt 1,5 (m_A / m_B = 1,5). In Übereinstimmung damit kann die Masse der Verbindung AB, die durch Umsetzung von 18 Gramm der Substanz A mit 30 g B gebildet wird, angefordert werden:

• Massenverhältnis: m_A = 1,5 * m_B.
• Wenn 30 g B vollständig reagieren würden, bräuchte man m_A = 1,5 * 30 g = 45 g A. Da nur 18 g A vorhanden sind, ist A das limitierende Reagenz.
• Masse des verbrauchten B = m_A / 1,5 = 18 g / 1,5 = 12 g B.
• Masse der gebildeten Verbindung AB = Masse A verbraucht + Masse B verbraucht = 18 g + 12 g = 30 g.

Die Masse der gebildeten Verbindung AB beträgt 30 g.

17) Eine unbekannte Verbindung besteht aus 39% S, 58,5% O und dem Rest H. Ihre empirische Formel wird:

• Massenanteil H = 100% - 39% (S) - 58,5% (O) = 2,5% H.
• Molmassen: S ≈ 32,06 g/mol, O ≈ 16,00 g/mol, H ≈ 1,01 g/mol.
• Molverhältnisse (bezogen auf 100 g):
• Mol S = 39 g / 32,06 g/mol ≈ 1,216 Mol.
• Mol O = 58,5 g / 16,00 g/mol ≈ 3,656 Mol.
• Mol H = 2,5 g / 1,01 g/mol ≈ 2,475 Mol.
• Teilen durch den kleinsten Wert (1,216):
• S: 1,216 / 1,216 ≈ 1
• O: 3,656 / 1,216 ≈ 3,006 ≈ 3
• H: 2,475 / 1,216 ≈ 2,035 ≈ 2

Die empirische Formel ist SO₂H₂ (oder H₂SO₃, wenn es sich um eine Säure handelt, aber basierend auf den Prozentsätzen ist die Formel S H₂ O₃).

18) bis 24)

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