Zink, Calciumcarbonat und Gasvolumina: Chemieaufgaben korrigiert und erklärt

Aufgabe 6: Reaktion von Zink mit Salzsäure

Zink reagiert mit verdünnter Salzsäure zu Zinkchlorid, das sich im Wasser löst, und Dihydrogen, einem Gas.

a) Zn_(s) + 2 HCl_(aq) → ZnCl_2(aq) + H_2(g)

b) Berechnen Sie die Stoffmenge HCl, die mit 3 g Zink reagiert.

n(HCl) = 3 g (Zn) · 1 mol (Zn) / 65,4 g (Zn) · 2 mol (HCl) / 1 mol (Zn) = 0,09 mol (HCl)

c) Berechnen Sie das Volumen des entstehenden Wasserstoffs bei 27 °C und 1,01 × 10⁵ Pa, wenn 0,2 mol Zink reagieren.

V(H₂) = 0,2 mol (Zn) · 1 mol (H₂) / 1 mol (Zn) · 8,31 J/(mol·K) · 300 K / 1,01 × 10⁵ Pa = 5,10 × 10^-3 m³ = 5 dm³

Aufgabe 7: Calciumcarbonat und Kohlendioxid

CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

a) Welche Masse Kohlendioxid entsteht bei der Reaktion von 2 g Calciumcarbonat?

m(CO₂) = 2 g (CaCO₃) · 1 mol (CaCO₃) / 100 g (CaCO₃) · 1 mol (CO₂) / 1 mol (CaCO₃) · 44 g (CO₂) / 1 mol (CO₂) = 0,88 g (CO₂)

b) Welches Volumen Salzsäure (0,5 mol/l) reagiert mit 50 g Calciumcarbonat?

V(HCl, 0,5 M) = 50 g (CaCO₃) · 1 mol / 100 g · 2 mol / 1 mol · 1 dm³ / 0,5 mol = 2 dm³

c) Wie viel Gramm Kalkstein mit 97 % Calciumcarbonat-Anteil werden benötigt, um bei 22 °C und 1,01 × 10⁵ Pa 200 cm³ Kohlendioxid zu erhalten?

m(Kalkstein) = 2,10 × 10^-4 m³ × 1,01 × 10⁵ Pa / (8,31 J/(mol·K) · 295 K) · 1 mol / 1 mol · 100 g / 1 mol · 100 g / 97 g = 0,84 g (Kalkstein)

d) Berechnen Sie die Anzahl der Wassermoleküle, die bei der Reaktion von 0,5 mol Calciumcarbonat entstehen.

N(H₂O) = 0,5 mol (CaCO₃) · 1 mol / 1 mol · 6,02 × 10²³ Moleküle / 1 mol = 3,01 × 10²³ Moleküle

Aufgabe 12: Verbrennung von Methan

Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas. Es reagiert mit Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasserdampf.

a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

b) Berechnen Sie die Stoffmenge des Wassers, die aus 100 dm³ Methan bei 25 °C und 101 kPa entsteht.

n(H₂O) = 1,01 × 10⁵ Pa · 0,1 m³ / (8,31 · 298 K) · 2 mol / 1 mol = 8,16 mol (H₂O)

Aufgabe 13: Rostbildung von Eisen

Eine Eisenprobe von 10 g wird Wettereinflüssen ausgesetzt und nimmt um 0,5 g zu. Angenommen, es bildet sich Eisen(III)-oxid, welche Masse Eisen ist gerostet?

4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃

m(Eisen oxidiert) = 0,5 g (O₂) · 1 mol / 32 g · 4 mol / 3 mol · 55,8 g / 1 mol = 1,16 g

m(Eisen nicht oxidiert) = 10 g − 1,16 g = 8,84 g

Aufgabe 14: Verbrennung von Propan

a) Formulieren Sie die entsprechende chemische Gleichung für die Verbrennung von Propan: C₃H_8(g) + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O

b) Berechnen Sie die Stoffmenge des Kohlendioxids, das aus 1,0 dm³ Propan bei 25 °C und 1,01 × 10⁵ Pa entsteht.

n(CO₂) = 1,01 × 10⁵ Pa × 1,0 × 10^-3 m³ / (8,31 J/(mol·K) · 298 K) · 3 mol / 1 mol = 0,122 mol

c) Berechnen Sie das Volumen der Luft, die für die Verbrennung von 1,0 dm³ Propan benötigt wird (Sauerstoffanteil 21 %).

V(Luft) = 1,0 dm³ (Propan) · 5 dm³ O₂ / 1,0 dm³ (Propan) · 100 dm³ (Luft) / 21 dm³ (O₂) = 23,8 dm³ (Luft)