Chemisches Rechnen

In der angewandten Chemie bzw. technischen Chemie muss man häufig wissen, welche Mengen eines Stoffes bereitgestellt werden müssen, um z.B. die Schwefeloxid-Abgase eines Kraftwerks zu binden.

Vergleichbar wäre die Situation in der „Küchen-Chemie“:
Für ein Kuchen-Rezept (für den sog. Zebra-Kuchen; siehe http://www.oetker.de/oetker/html/default/dnoh-5brhyp.de.html ) braucht man z.B. 375 g Mehl, 250 g Zucker, 5 Eier, 125 ml Wasser, 250 ml Speiseöl, 2 EL Kakao, 1 Pck. Backpulver, 1 Pck. Vanillin-Zucker
Hat man nun aber nur 4 Eier zur Verfügung, muss man berechnen, wieviel Mehl, Zucker, Wasser, ... etc. man dann nehmen muss.
Dagegen interessiert in einer Großbäckerei eher, welche Mengen der Zutaten für ca. 10 kg Teig gebraucht werden.
Wichtig ist hier das (Stoffmengen-) Verhältnis Eier zu Mehl oder Eier zu Zucker etc.

In der angewandten Chemie findet man dagegen das „Koch-Rezept“ in der Reaktionsgleichung und bezieht alle Mengen-Verhältnisse sinnvollerweise auf „chemische Großpackungen“, d.h. auf das Mol!

Ein Mol ist die Stoffmenge, die genau 6,022 x 1023 Teilchen enthält.

 

Betrachten wir die Vorgehensweise einer solchen chemischen Rechnung an folgendem Beispiel:

Wieviel Tonnen Schwefeldioxid werden freigesetzt, wenn in einem Kohlekraftwerk täglich 200 Tonnen Kohle mit einem Schwefelgehalt von 2% verbrannt werden?

 


Allgemeine Vorgehensweise:


in diesem Beispiel:

1.

Reaktionsgleichung aufstellen und ausgleichen!

1.

S   +   O2   →   SO2

2. a)

gesuchte Größe angeben (in Rechenformelschreibweise)

2. a)

gesucht: m(SO2 ) = ?

2. b)

gegebene Größe angeben (in Rechenformelschreibweise)

evtl. molare Massen best. Reaktionsteilnehmer aus dem PSE ableiten!

benötigte Rechenformeln aufschreiben und evtl. umformen

2. b)

gegeben: m(S ) = 2% x 200 t; m(S ) = 4 t

M(S) = 32 g/mol;   M(SO2) = (1 x 32 + 2 x 16 ) g/mol = 64 g/mol

M(x) = m(x) : n(x); => m(x) = n(x) x M(x); bzw. n(x) = m(x) : M(x)

3.

Stoffmengenverhältnis(se) der Reaktionsgleichung entnehmen und formulieren (wie ein Torverhältnis!)
TIPP: zuerst die Stoffmenge des gesuchten Stoffes, dann die Stoffmenge des gegebenen Stoffes => weniger Leichtsinnsfehler beim Unformen der Gleichung

3.

n(SO2 ) : n(S) = 1 mol : 1 mol; => n(SO2 ) = 1 x n(S)

4.

Schrittweise Berechnungsformeln ineinander einsetzen und nach der gesuchten Größe auflösen;
durch das Stoffmengenverhältnis aus 3. kann der Übergang von einem Stoff zu einem anderen erfolgen.

Erst im Gesamtansatz die Größen (Zahl und Einheit!) einsetzen;
Einheiten kürzen und überprüfen, ob die übrigbleibende Einheit der gesuchten Größe entspricht (sonst hat man bei den Umformungen einen Leichtsinnsfehler begangen)
gesuchte Größe berechnen

Evtl. ein Antwortsatz

4.

m(SO2 ) = n(SO2 ) x M(SO2 )   [ n(SO2) durch 1 x n(S) ersetzen!]

m(SO2 ) = 1 x n(S) x M(SO2 )   [ n(S) durch [ m(S) / M(S) ] ersetzen!]

m(SO2 ) = 1 x [ m(S) / M(S) ] x M(SO2 )   [ ab jetzt kann man Werte einsetzen!]

m(SO2 ) = 1 x [ 4 t / 32 g/mol ] x 64 g/mol   [ jetzt Einheiten kürzen!]
m(SO2 ) = 1 x [ 4 t / 32 g/mol ] x 64 g/mol
[ es bleiben Tonnen übrig => passt zu m(x)]

m(SO2 ) = 8 t

Es entstehen täglich 8 Tonnen Schwefeldioxid

 

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