6.3: Massenberechnungen

Mit den im vorigen Abschnitt beschriebenen Methoden können wir Reaktanten und Produkte in Mol ausdrücken. Was aber, wenn wir wissen wollen, wie viele Gramm eines Reaktanten erforderlich sind, um eine bestimmte Anzahl Gramm eines bestimmten Produkts herzustellen? Diese logische Erweiterung ist natürlich trivial! In Kapitel 4 haben wir gelernt, molare Mengen als Massen der Reaktanten oder Produkte auszudrücken. Ein Beispiel: Bei der Reduktion von Eisen(III)-oxid durch Wasserstoffgas entstehen metallisches Eisen und Wasser. Wenn wir uns fragen, wie viele Gramm elementares Eisen durch die Reduktion von 1,0 Gramm Eisen(III)-oxid entstehen, würden wir einfach die molare Stöchiometrie anwenden, um die Anzahl der Mole des entstehenden Eisens zu bestimmen, und dann die Mole mit Hilfe der bekannten molaren Masse in Gramm umrechnen. Zum Beispiel kann ein Gramm Fe2O3 in mol Fe2O3 umgerechnet werden, indem man sich daran erinnert, dass Mol eines Stoffes gleich Gramm dieses Stoffes geteilt durch die molare Masse dieses Stoffes ist:

Mit diesem Ansatz kann die Masse eines Reaktanten in unseren Reaktionsweg als das Verhältnis von Masse zu molarer Masse eingefügt werden. Dies wird hier für die Reduktion von 1,0 Gramm Fe2O3 gezeigt.

Wir stellen das Problem so auf, dass wir mol Produkt lösen; die allgemeine Gleichung lautet:

Das stöchiometrische Molverhältnis wird so aufgestellt, dass mol Reaktant sich aufhebt, was eine Lösung in mol Produkt ergibt.

Es ist oft einfacher, das Verhältnis (Masse)/(molare Masse) wie folgt auszudrücken:

Damit und durch Umordnung:

Das heißt, dass die Reduktion von 1,0 Gramm Fe2O3 durch überschüssiges Wasserstoffgas 0,013 Mol elementares Eisen ergibt. Alle diese Berechnungen sind auf zwei signifikante Stellen genau und basieren auf der Masse des Eisen(III)-Oxids in der ursprünglichen Aufgabe (1,0 Gramm). Beachten Sie, dass wir in dieser Lösung zwei Umrechnungsfaktoren (Verhältnisse) haben: einen von der Masse zur molaren Masse und den zweiten, das stöchiometrische Molverhältnis aus der ausgeglichenen chemischen Gleichung. Da wir wissen, dass wir 0,013 Mol Fe haben, können wir dies nun in Gramm umrechnen, indem wir wissen, dass ein Mol Fe eine Masse von 55,85 Gramm hat; die Ausbeute wäre 0,70 Gramm.

Wir könnten unseren Grundaufbau auch so abändern, dass wir die Anzahl der Gramm Eisen direkt ermitteln können.

Hier haben wir einfach die Menge (Mol molare Masse) ersetzt, um die Masse des Eisens zu erhalten, die produziert werden würde. Auch hier stellen wir das Problem so, dass wir nach mol Produkt lösen;

Anstelle von mol Produkt und mol Edukt verwenden wir die Ausdrücke für Masse und molare Masse, wie im obigen Schema gezeigt. Das stöchiometrische Molverhältnis ist so eingestellt, dass sich mol Reaktant (das gegebene) aufhebt, was eine Lösung in mol Produkt ergibt. Substituieren,

Umstellen und Aufheben von Einheiten,