Stöchiometrie-Rechner
Stöchiometrie-Rechner
Berechnen Sie Masse, Mol und limitierenden Reaktanden aus einer ausgeglichenen chemischen Gleichung.
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Stöchiometrie: Die Rezept-Mathematik der Chemie
Stöchiometrie = Verwendung ausgeglichener Gleichungen zur Berechnung von Mengen. Wie ein Rezept: 2 Eier + 1 Tasse Mehl = 12 Kekse. Chemie: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$ bedeutet 2 Mol Wasserstoff + 1 Mol Sauerstoff = 2 Mol Wasser. Oder in Gramm: $4$g $H_2 + 32$g $O_2 = 36$g $H_2O$. Die Masse bleibt stets erhalten.
Drei Schlüsselberechnungen: (1) Mol-zu-Mol-Verhältnisse aus Koeffizienten, (2) Umrechnung von Gramm ↔ Mol mithilfe der Molmasse, (3) Bestimmung des limitierenden Reaktanten (Zutat, die zuerst aufgebraucht ist). Meistern Sie diese und Sie können jede Reaktionsausbeute vorhersagen.
Grundlegende Stöchiometrieschritte
- Gleichung ausgleichen (Koeffizienten zeigen Molverhältnisse)
- Gramm → Mol umrechnen (durch Molmasse dividieren)
- Molverhältnis verwenden aus der ausgeglichenen Gleichung
- Mol → Gramm umrechnen (mit Molmasse multiplizieren)
- Arbeit überprüfen (Masse rein = Masse raus)
Beispielaufgabe: Vollständige Durchführung
Problem: Wie viele Gramm Wasser entstehen, wenn $10$g Wasserstoff mit überschüssigem Sauerstoff reagiert?
Gleichung: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$
Schritt-für-Schritt-Lösung
- 1. Gegeben: $10$g $H_2$
- 2. In Mol umrechnen: $10$g $\div 2.016$ g/mol $= 4.96$ mol $H_2$
- 3. Molverhältnis: $2 H_2 : 2 H_2O = 1:1$
- 4. Mol $H_2O$: $4.96$ mol (gleich wie $H_2$)
- 5. In Gramm umrechnen: $4.96 \times 18.015 = \mathbf{89.4\text{g } H_2O}$
Kurzformel
Gramm A $\times$ (Molmasse B / Molmasse A) $\times$ (Molverhältnis B/A)
$10$g $H_2 \times (18.015/2.016) \times (2/2)$
$= 10 \times 8.936 \times 1$
$= \mathbf{89.4\text{g } H_2O}$
Konzept des limitierenden Reaktanten
Was ist ein limitierender Reaktant?
Der Reaktant, der zuerst aufgebraucht ist und die Reaktion stoppt.
Beispiel: Sie machen Sandwiches mit 10 Brotscheiben + 4 Käsescheiben. Der Käse begrenzt Sie auf 4 Sandwiches (2 Brotscheiben pro Sandwich). Das Brot ist im Überschuss.
Problem: $5$g $H_2$ reagieren mit $20$g $O_2$. Welcher ist limitierend?
Gleichung: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$
| Reaktant | Gegebene Masse | Mol | Benötigtes Verhältnis | Ergebnis |
|---|---|---|---|---|
| $H_2$ | $5$g | $5 \div 2.016 = 2.48$ mol | Benötigt $2:1$ Verhältnis | Limitierend |
| $O_2$ | $20$g | $20 \div 32 = 0.625$ mol | Benötigt $2.48 \div 2 = 1.24$ mol | Überschuss |
Häufige Stöchiometrie-Aufgaben
| Problemtyp | Gegeben | Gesucht | Methode |
|---|---|---|---|
| Masse-zu-Masse | Gramm A | Gramm B | g → mol → Verhältnis → mol → g |
| Masse-zu-Mol | Gramm A | Mol B | g → mol → Verhältnis |
| Mol-zu-Masse | Mol A | Gramm B | Verhältnis → mol → g |
| Limitierender Reaktant | Gramm A & B | Welcher limitiert | Molverhältnisse vergleichen |
| Prozentuale Ausbeute | Aktuell & Theorie | % Effizienz | (Aktuelle/Theoretische) $\times 100$ |
Beispiele für Molverhältnisse
| Gleichung | Molverhältnisse |
|---|---|
| $N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$ | 1 $N_2$ : 3 $H_2$ : 2 $NH_3$ |
| $2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$ | 2 Na : 1 $Cl_2$ : 2 $NaCl$ |
| $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$ | 1 $CH_4$ : 2 $O_2$ : 1 $CO_2$ : 2 $H_2O$ |
| $C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$ | 1 $C_3H_8$ : 5 $O_2$ : 3 $CO_2$ : 4 $H_2O$ |
Kurztipps & Häufige Fehler
Machen Sie dies
- Gleichen Sie die Gleichung immer zuerst aus
- Verwenden Sie Dimensionsanalyse (Einheiten verfolgen)
- Prüfen Sie, ob die Masse erhalten bleibt
- Identifizieren Sie den limitierenden Reaktanten bei Problemen mit mehreren Reaktanten
- Runden Sie das Endergebnis angemessen (Signifikante Stellen)
Vermeiden Sie dies
- Verwendung unausgeglichener Gleichungen (falsche Verhältnisse)
- Verwechslung von Koeffizienten mit Indizes
- Vergessen der Umrechnung von Gramm ↔ Mol
- Annahme, dass der Überschussreaktant limitierend ist
- Verwechslung von Reaktanten und Produkten
Häufig Gestellte Fragen (FAQ)
Die Mathematik chemischer Reaktionen - Berechnung der Mengen von Reaktanten/Produkten
Basiert auf ausgeglichenen Gleichungen und Molverhältnissen
1. Gleichung ausgleichen
2. Gramm $\rightarrow$ Mol umrechnen
3. Molverhältnis verwenden
4. Mol $\rightarrow$ Gramm umrechnen
Reaktant, der zuerst aufgebraucht ist und die Reaktion stoppt
Bestimmt die maximale Produktausbeute
1. Alle Reaktanten in Mol umrechnen
2. Durch den Koeffizienten in der ausgeglichenen Gleichung teilen
3. Kleinstes Ergebnis = limitierender Reaktant
Koeffizienten aus der ausgeglichenen Gleichung
$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$ bedeutet $2:1:2$-Verhältnis
Gesetz der Erhaltung der Masse
Koeffizienten liefern korrekte Molverhältnisse für Berechnungen
(Tatsächliche Ausbeute / Theoretische Ausbeute) $\times 100$
Misst die Reaktionseffizienz (immer $<100\%$)
Nein. Gleichungen zeigen Molverhältnisse, keine Gramm-Verhältnisse
Muss umrechnen: Gramm $\rightarrow$ Mol $\rightarrow$ Verhältnis verwenden $\rightarrow$ Mol $\rightarrow$ Gramm
Reaktanten: Ausgangsstoffe (linke Seite)
Produkte: Was gebildet wird (rechte Seite)
Nein. "Überschuss" bedeutet, Sie haben mehr als nötig
Nur die Menge des limitierenden Reaktanten ist für Berechnungen erforderlich