07 Stöchiometrie PDF

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Sommersemester....

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Bi - Modul 1 (Engl)

31.05.2016

07 Stöchiometrie Die Stoffmengenkonzentration: Es wird die Konzentration/ der Gehalt einer Lösung angegeben. Man spricht von der „Molarität“.

c=

n V

c = Stoffmengenkonzentration in mol/Liter n = Stoffmenge in Mol V = Volumen in Liter

3 mol/l bedeutet: Es sind 3 Mol in einem Liter Lösungsmittel (konkreter Fall: Wasser) gelöst! Wie setzt man so eine Lösung an? Beispiel 1: Sie sollen eine 3 molare (3M, 3 mol/l) KCl-Lösung ansetzen. „Ich muss 3 Mol KCl in einen Liter Wasser geben!“ oder: „1,5 Mol in einen halben Liter Wasser!“ 1.

Wie viele Gramm sind 3 mol KCl? (n = m/M) → 74,5g sind 1 mol → 223,5g sind 3 mol

2.

223,5g abwiegen, in Messkolben geben und auf einen Liter auffüllen

Ansetzen einer Lösung: Der Messkolben ist geeicht bis zur Eichmarke („Ring“). Somit genau auf einen Liter aufgefüllt werden. Meniskus: tiester Punkt der „Wassersäule“ (→ Kohäsion und Adhäsion) Sie sollen eine 3 molare KClLösung ansetzen, aber davon nur 100ml. Ges.: Stoffmenge „n“ (n = cxV)

Eichmarke

Auffüllen mit destilliertem Wasser Messkolben

Meniskus“

n = 3mol/l x 0,1l n = 0,3mol (n=m/M)

1000 mL

1000 mL Abgewogene Masse Salz

m= 22,3g „22,3g KCl in 100ml Wasser lösen“

Bi - Modul 1 (Engl)

31.05.2016

Stammlösungen verdünnen: 1. Sie sollen im Labor 100ml einer 0,1M Salzsäure herstellen. Dazu steht Ihnen 1l einer 1M Salzsäure als Stammlösung zur Verfügung. ! Herangehensweise mit einem Dreisatz: - Ich möchte 100ml einer 0,1M Salzsäure herstellen - „Wie viele Mol sind da drin?“ 0,1mol/ 1000ml = x mol/100ml → In 100ml 0,1M Salzsäure sind 0,01 mol Salzsäure enthalten. In wie vielen Mililitern der 1M Salzsäure ist diese Menge? 1 mol/ 1000ml = 0,01 mol/ x ml → 0,01 mol Salzsäure sind in 10ml der 1M Salzsäure enthalten Ich brauche in 100ml Lösung 0,01 mol HCl (=10ml der M HCl) 1) 100ml Messkolben nehmen 2) 10ml der 1M Salzsäure einfüllen 3) Auf 100ml Volumen mit Wasser auffüllen (bis zum Eichstrich) ≠ 90ml Wasser zugeben! → keine Stoffmengenveränderung der Salzsäure, es wird nur Wasser zugegeben. Herangehensweise mit einer Formel: Ziel:

n=n cAusgangslösung x VAusgangslösung = cZiellösung x VZiellösung

Ges.: VAusgangslösung = (cZiellösung x VZiellösung)/ cAusgangslösung VAusgangslösung = (0,1mol/l x 0,1l)/ 1mol/l = 0,01l … und dann mit Wasser auffüllen. „Das Ergebnis ist das Gleiche, der Weg dahin ist unterschiedlich.“

Die Volumenkontraktion: Erkenntnis:

50ml Wasser udn 50ml Ethanol ergeben… weniger als 100ml Mischungsvolumen.

Volumen sind im Gegensatz zu Massen nicht additiv. Erklärungen nach dem Teilchenmodell sind fachlich völlig falsch. Entscheidend sind intermolekulare Wechselwirkungen zwischen den Molekülen, nicht die Größe der einzelnen Teilchen. (→ engere Zusammenlagerung) dieter-heidorn.de

riecken.de

Bi - Modul 1 (Engl)

31.05.2016

Die Massenkonzentration ß: - Vergleichbar mit der Stoffmengenkonzentration - Anstatt der Stoffmenge wird hier die Masse in einen Bezug zum Volumen gesetzt

c=n V Stoffmengenkonzentration c

β=

m V

Massenkonzentration β

- Identische Handhabung wie bei der Stoffmengenkonzentration Beispiel 1: Sie haben im Labor eine 2 molare NaCl-Lösung hergestellt. Wie groß ist die Massenkonzentration ß dieser Lösung? 1. 2. 3.

2 molare NaCl: 2 Mol NaCl in einem Liter Wasser Molare Masse M(NaCl): 58,44 g/mol (vgl. PSE) Daraus kann man ableiten (M = m/n): 58,44g/1mol = x/ 2 mol Eine 2 molare NaCl-Lösung enthält 116,88g NaCl. ß= 116,88g/l

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31.05.2016

Der Massenanteil w: - Kommt vom englischen Wort „weight“ - Gibt den Anteil der Masse einer Komponente an der Gesamtmasse der „Mischung“ an - Massen sind additiv

w=

m (x) ∑mi

w x 100% = Massenprozent

Beispiel: 0,9%ige Kochsalzlösung (Massenprozent) (w= 0,009) sie enthält 0,9g NaCl in 100g Gesamtmasse Lösung.

Achtung Achtung Achtung - Nicht: 0,9g Kochsalz in 100ml Wasser lösen, Sondern: 0,9g Kochsalz mit Wasser auf 100g auffüllen. - Die Dichte ist ein wichtiges Kriterium - Vereinfacht entsprechen 100ml Wasser auch 100g, da p(Wasser)= 1g/cm3 Wenn man 0,9g Kochsalz in 100ml (also 100g) Wasser löst, dann ist ∑mi = 100,9g. Der Massenanteil w errechnet sich somit zu: w = 0,9g/100,9g = 0,00892 (0,892% in Massenprozent) - Die Abweichung ist bei kleinen Massenanteilen vernachlässigbar gering - aber: Wer es hier falsch macht, der macht es auch bei größeren Mengen falsch. Beispiel: 10&ige NaCl-Lösung (w=0,1)

10 g 0,1 = 100 g

Falsches Vorgehen: 10 g in 100 g Wasse

10 g = 0,09 110 g

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31.05.2016

2 Möglichkeiten des Ansetzens (w=0,1): 1. „Handwerklicher Weg“ - 10g NaCl abwiegen und dann auf der Waage mit destilliertem Wasser auf 100g! auffüllen - Wird nicht gerne gesehen, da man keine Flüssigkeiten auf der Waage abwiegen sollte. 2. „Mathematischer Weg“ - 10g NaCl abwiegen - 90ml destilliertes Wasser zugeben In beiden Fällen gut durchmischen.

Beispiel 1: Sie sollen im Labor 25g KNO3 in 100ml Wasser lösen. Welchen Massenanteil w(KNO3) hat die Lösung? Hinweis: Die Dichte des Wassers darf als 1g/cm3 angenommen werden. Die Lösung hat einen Massenanteil von w(KNO3)= 0,2 Oder eben: „Eine 20%ige KNO3-Lösung“

w=

m (x) 25g = 0,2 = ∑mi 125 g

Beispiel 2: Sie sollen im Labor 25g Nagellack in 100ml Aceton lösen. Welchen Massenanteil w(Lack) hat die Lösung? Hinweis: Die Dichte von Aceton beträgt 0,79g/cm3.

w= Dichte ρ =

25g 25g m (x) = 25 g + 79 g = 0,24 = ∑mi ?? m V

m = ρ x V 0,79

g

cm3

x 100 cm3 =

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31.05.2016

Waagen, Kolben und Pipetten: Die Analysenwaage: - Analysenwaagen: Sie messen teilweise bis auf 0,0001g genau - Müssen sorgsam gepflegt und gereinigt werden - Haben einen festen Standort, dürfen nicht verschoben werden - Wann darf ich Ergebnisse runden? Erfordert Fingerspitzengefühl, am Besten erst beim! Endergebnis waagenshop.biz

Abmessen von Volumina: Dazu gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten.

Eichung auf „In“: Abgemessenes Volumen ist durch Ausgießen nicht vollständig entnehmbar (Tropfen bleiben haften); Meniskus beachten

Grad der Genauigkeit beim Abmessen von Volumina

Messzylinder

Becherglas

Eichung auf „Ex“: Abgemessenes Volumen ist durch Ausgießen vollständig entnehmbar (zurückbleibende Tropfen sind berücksichtigt); Meniskus beachten (+Bürette)

Messpipette Vollpipette

Die Vollpipette:

• Erhältlich in verschiedenen Volumina • Eichung auf Ex“, sehr genau

Peleusball

Entnehmbares Volumen, 20 ml Genauigkeit der Pipette, ± 0,03 ml

3bscientific.de

Bezugstemperatur, 20°C Wartezeit, bis Volumen vollständig entleert, Ex+ 15s

Sehr genaue und sensible Messgeräte carlroth.com

Messkolben

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31.05.2016

Formelübersicht: Wichtige Einheiten: Name

Formelzeichen

Einheit

Temperatur

T

K (273,16 K = 0°C)

Masse

m

g

Stoffmenge

n

mol

Molare Masse

M

g/mol

Teilchenzahl

N

Volumen

V

l oder dm3

Stoffmengenkonzentration

c

mol/l

Massenkonzentration

ß

g/l

Volumenkonzentration

σ

Vol. % oder ml/100ml

Massenanteil

w

% oder g/100g

Dichte

p

g/ml oder g/cm3

Und Formeln: - Molare Masse M (g/mol): M = m/n - Stoffmengenkonzentration c (mol/l): c = n/V - Massenkonzentration ß (g/l): ß = m/V - Volumenkonzentration σ (Vol. %): σ = Vi/Vges. - Massenanteil w (% oder g/100g): w = mi/mges. - Dichte p (g/ml): p = m/V Übungsaufgabe zum Mischungskreuz:

Im chemischen Grundpraktikum wird 5%ige Schwefelsäure benötigt. Zur Verfügung steht konzentrierte Schwefelsäure (w = 0,96). Stellen Sie 2 L der verdünnten 5%igen Schwefelsäure her. (Hinweis: Die Dichte von konz. H2SO4 beträgt 1,84 g/mL; die Dichte von 5%iger H2SO4 beträgt 1,033 g/mL) Welche Masse haben 2 L 5%ige Schwefelsäure? m = ρ x V = 1,033 g/mL x 2000 mL m(H2SO4 5%ig) = 2066 g Welches Volumen konz. H2SO4 muss abgemessen werden? V = m / ρ = 107,6 g / 1,84 g/mL V(H2SO4 konz.) = 58,5 mL etwas Wasser vorlegen, Säure dazu geben, auffüllen auf 2 L

96%

5 Massenanteile 5%

0%

5 g konz. H2SO4 und 91 g Wasser 5 g konz. H2SO4 in 96 g Mischung

91 Massenanteile

Welche Masse konz. H2SO4 wird für2066 g 5%ige H2SO4 benötigt? 5 g / 96 g = x / 2066 g; x = 107,6 g...