Umsatzberechnung bei chemischen Reaktionen (Übungsvideo 1)

Hallo und herzlich willkommen!

Das heutige Video ist eine Übung zum Thema "Stoffmenge, Masse, Molmasse". Und um genauer zu sein, es geht um Umsatzberechnungen. Du solltest allerdings bereits wissen, was Stoffmenge, Masse und Molmasse sind, wie diese 3 Größen zusammenhängen und außerdem solltest du natürlich wissen, was eine Reaktionsgleichung ist.

Vielleicht doch noch mal zur Erinnerung: Es geht um die 3 Größen Stoffmenge, Masse und Molmasse, die über die Beziehung n=m/M verknüpft sind. Klein n ist dabei die Stoffmenge und wird in mol gemessen, klein m ist die Masse und wird in g gemessen und groß M ist die Molmasse und wird in g/mol gemessen.

1. Übungsaufgabe:

Wie viel Magnesiumoxid entsteht bei der Verbrennung von 5 g Magnesium?

Wer sich fit genug fühlt, kann an dieser Stelle das Video anhalten und versuchen, die Aufgabe selbst zu lösen. Danach kann er das Video weiterlaufen lassen und seine Lösung mit meiner vergleichen, die dann folgt.

Seid ihr so weit? Dann hier die Lösung: Als Erstes muss man die Reaktionsgleichung der Reaktion aufstellen, um die es hier geht. Magnesium soll verbrennen, heißt es da, um Magnesiumoxid zu bilden. Auf chemisch heißt das: Mg+O2→MgO. Diese Reaktionsgleichung muss nun noch ausgeglichen werden.

Als nächsten Schritt fertigt man eine Liste der gegebenen und gesuchten Größen an. Gegeben ist hier die Masse von Magnesium, nämlich 5 g. Nicht explizit gegeben, aber dennoch bekannt, ist die Molmasse des Magnesiums, nämlich 24 g/mol. Nachlesen kann man das im Periodensystem. Auch die Molmasse des Magnesiumoxids ist bekannt, die sich nämlich zusammensetzt aus der Molmasse des Sauerstoffs, 16 g/mol, und der Molmasse des Magnesiums, 24 g/mol, die addiert 40 g/mol ergeben.

Was wird überhaupt gesucht? In der Frage heißt es: Wie viel Magnesiumoxid entsteht? Das heißt, gesucht ist die Masse des Magnesiumoxids.

Der nächste Schritt besteht darin, die Formel hinzuschreiben, die man verwenden wird. In unserem Falle ist das die altbekannte Beziehung: n=m /M, die man auch umstellen kann zu m=n×M.

Und nun zur Lösung: Sinnvoll ist es, sich im Vorhinein einen Lösungsweg aufzuzeichnen. Das heißt, die einzelnen Schritte skizzieren, in denen man vorgehen will. In unserem Falle ist der Lösungsweg dergestalt, dass wir ausgehend von der Masse des Magnesiums die Stoffmenge des Magnesiums berechnen können. Wenn wir die haben, dann können wir auch die Stoffmenge des Magnesiumoxids berechnen. Und wenn wir das dann wissen, dann können wir auch die Masse des Magnesiumoxids berechnen, Schritt für Schritt.

Die Stoffmenge des Magnesiums berechnen wir, indem wir die Masse des Magnesiums durch die Molmasse des Magnesiums teilen: 5 g/24 g/mol ergibt 0,21 mol. Diese Zahl können wir in unserem Lösungsweg notieren.

Der nächste Schritt, die Berechnung der Stoffmenge des Magnesiumoxids aus der Stoffmenge des Magnesiums, erfolgt so, dass wir anhand der Reaktionsgleichung die Mengen dieser beiden Stoffe miteinander vergleichen. Magnesium taucht in der Gleichung mit dem stöchiometrischen Faktor 2 auf und Magnesiumoxid taucht ebenfalls mit dem Faktor 2 auf. Das bedeutet aber nichts anderes, als dass an der Reaktion genauso viele Einheiten Magnesium wie Einheiten Magnesiumoxid beteiligt sind. Und folglich können wir schreiben: Die Stoffmenge von Magnesiumoxid = der Stoffmenge von Magnesium, und zwar sind das diese 0,21 mol.

Was jetzt noch fehlt, ist die Berechnung der Masse des Magnesiumoxids aus der Stoffmenge des Magnesiumoxids. Die Masse des Magnesiumoxids = der Stoffmenge des Magnesiumoxids × der Molmasse des Magnesiumoxids, also 0,21 mol×40 g/mol ergibt 8,3 g. Unser Antwortsatz lautet also: Aus 5 g Magnesium entstehen 8,3 g Magnesiumoxid.

Nachträglich noch ein paar Worte zur Vorgehensweise: Ausgehend von der Masse des einen Stoffes konnten wir seine Stoffmenge berechnen. Aus dieser Stoffmenge konnten wir Rückschlüsse auf die Stoffmenge des anderen Stoffes ziehen und aus dieser Stoffmenge dann die Masse dieses anderen Stoffes berechnen. Der entscheidende Schritt bei dieser Art von Berechnung ist der 2. Schritt, also der Rückschluss der einen Stoffmenge auf die andere Stoffmenge. Deshalb an dieser Stelle noch einmal etwas ausführlicher, woher wir wissen, dass die Stoffmenge des Magnesiums in diesem Falle genau so groß ist wie die Stoffmenge des Magnesiumoxids.

Das Ganze entscheidet sich anhand der stöchiometrischen Faktoren dieser beiden Stoffe, in diesem Falle beide Male die 2. Wir können hierzu eine Gleichung aufstellen. Sie lautet: Die Stoffmenge des Magnesiums verhält sich zur Stoffmenge des Magnesiumoxids im Verhältnis 2:2. Dann steht also genauso da: Die Stoffmenge des Magnesiums / die Stoffmenge des Magnesiumoxids = 1. Multipliziert man diese Gleichung nun auf beiden Seiten der Gleichung mit der Stoffmenge des Magnesiumoxids, dann steht da am Ende: Die Stoffmenge des Magnesiums = 1 × die Stoffmenge des Magnesiumoxids.

So und damit wären wir auch schon am Ende dieser Übung angelangt. In ihr haben wir geübt, wie man Umsatzberechnungen durchführt unter Zuhilfenahme der Beziehung: Die Stoffmenge = die Masse / die Molmasse.

Abschließend noch ein paar Worte zur Vorgehensweise bei diesen Berechnungen. Wir führten sie durch in folgenden Schritten: 1. Aufstellen der Reaktionsgleichung 2. Gegebene und gesuchte Größen identifizieren 3. Die verwendete Formel aufschreiben und den Lösungsweg festlegen 4. Die schrittweise Berechnung der gesuchten Größe und 5. dann die Frage beantworten.

Von diesen Schritten ist der vielleicht wichtigste die Festlegung des Lösungsweges, den ich hier noch mal gesondert beschreiben möchte: Gegeben ist stets die Masse eines Stoffes A, aus dem die Stoffmenge dieses Stoffes berechnet werden kann. Im 2. Schritt kann aus der Stoffmenge des Stoffes A anhand der Reaktionsgleichung die Stoffmenge des Stoffes B hergeleitet werden. Ihr erinnert euch, das war die Geschichte mit diesem Verhältnis. Aus der nun bekannten Stoffmenge des Stoffes B kann dann leicht die Masse des Stoffes B berechnet werden.

Anmerken möchte ich dazu, dass dies natürlich nicht die einzige Art und Weise ist, wie man Umsatzberechnungen durchführen kann. Es gibt verschiedene Wege, die einen komplizierter, die anderen leichter. Aber ich ziehe diesen hier vor, weil er der übersichtlichste ist oder der durchschaubarste, zumindest nach meinem persönlichen Empfinden.

Nun denn, vielen Dank für das Mitmachen. Tschüss und bis zum nächsten Mal!