Hallo liebe Chemie-Experten,
mein Sohn (9. Klasse Gymn. By)und ich haben ein Chemie-Verständnisproblem. Die Aufgabe lautet: „Ammoniak (…)wird in großen Mengen aus Stickstoff und Wasserstoff hergestellt. Wieviel Liter Wasserstoff benötigt man für die Herstellung von 100 g Ammoniak?“
Reaktionsgleichung ist noch klar, aber im dritten Schritt soll man aus der Reaktionsgleichung auf Verhältnis schließen, und das verstehen wir nicht. Kann jemand die Aufgabe mit Erklärung lösen?
Vielen Dank!!!
Evelyn
Ein Mol eines jeden Gases hat bei 0°C und 1,013 bar (Normal-Druck) ein Volumen von 22,4 l (Liter)
Betrachten wir die Volumenverhältnisse bei der Ammoniaksynthese, stellen wir folgendes fest:
N2 + 3 H2 --> 2 NH3
1 Mol Stickstoff + 3 Mol Wasserstoff --> 2 Mol NH3
22,4 l + 3 · 22,4 l --> 2 · 22,4 l
2 Mol Ammoniak entsprechen 3 Mol Wasserstoff
1 Mol Ammoniak entspricht also 1,5 Mol Wasserstoff
Atommasse Stickstoff = 14 g/Mol
Atommasse Waserstoff = 1 g/Mol
Molmasse Ammoniak = 14 + 1 + 1 + 1 = 17 g/Mol
100 g Ammoniak sind also: 100/17 = 5,882 Mol
Benötigter Wasserstoff für 100 g Ammoniak: 5,882 · 1,5 = 8,823 Mol Waserstoff
1 Mol Wasserstoff sind 22,4 Liter
also 8,823 Mol sind: 8,823 · 22,4 = 197,635 Liter
Vorsicht: Würde man nun berechnen müssen vieviel Gramm Wasserstoff oder Stickstoff benötigt würden, so muss man berücksichtigen, dass es sich um Moleküle, also in diesem Falle um jeweils zwei miteinander verbundene Atome Wasserstoff oder Stickstoff handelt. Stickstoff hat zwar eine Atommasse von 14 und Wasserstoff von 1 aber ein Mol Gas sind immer 22,4 Liter, dh. im Falle von Stickstoff jedoch die doppelte Masse (N2 also 14 x 2) und H2 (also 1 x 2). Für die von Ihnen gestellte Rechnung braucht man das jedoch nicht zu berücksichtigen.
Hi,
die Reaktionsgleichung ist ja:
N2 +3*H2–>2*NH3
Die molare Masse von Ammoniak ist 17 g (1*14g + 3*1g)
100 g Ammoniak entsprechen 5,88 Mol Ammoniak.
Für 2 Mol Ammoniak benötigt man 3 Mol Wasserstoff (s. RG)
Für 5,88 Mol Ammoniak benötigt man 8,82 Mol Wasserstoff.
1 Mol Gas enspricht ca 24 Liter (bei Raumtemperatur)
5 Mol Wasserstoff*24Liter/mol=120 Liter
Man benötig also 120 Liter Wasserstoff um 100 g Ammoniak zu synthetisieren.
Entschuldigung hab einen Fehler gemacht.
man muss in der zweituntersten zeile nicht mir 5 mol rechnen, sondern mit 8,82 mol.
8,82 mol * 24 Liter/mol= 211,68 Liter
Man benötigt also 211,68 Liter.
Entschuldigung nochmal.
Hallo Lelaina,
also die Reaktionsgleichung lautet N2 + 3 H2 --> 2 NH3 (die Anzahl der Stickstoff- und Wasserstoffatome müssen auf beiden Seiten gleich sein).
Die Masse m von NH3 is gegeben mit m = 100g. Die molare Masse M entnimmt man dem Periodensystem: M(NH3) = 17 g/mol. Aus beiden Werten lässt sich die Stoffmenge n berechnen n(NH3) = m/M = 100g:17g/mol = 5,88 mol.
Jetzt kommt der entscheidene Punkt. Das Stoffmengenverhältnis von H2 und NH3 steht in der Reaktionsgleichung und beträgt 3:2, d.h. um die Stoffmenge von H2 zu berechnen muss das Verhältnis mit einbezogen werden: n(H2) = 3/2 n(NH3) = 8,82 mol.
Als letztes muss man nur wissen, dass das Molvolumen Vm eines idealen Gases unter Standardbedingungen Vm = 22,4 l/mol beträgt. Das benötigte Volumen Wasserstoff ist also V = Vm*n = 22,4 l/mol * 8,82 mol = 197,65 l.
So, ich hoffe, das hilft euch weiter!
Viel Erfolg,
Novalee
Hallo,
also:
N2 + 3 H2 -> 2 NH3
Verhältnis: (wobei = hier „entsprechen“ heißt)
laut Reaktionsgleichung:
2 mol Ammoniak = 3 mol Wasserstoff
Molmasse Ammoniak lt. Tabellenbuch: 17,03 g/mol
Auch gilt Molvolumen: 1 mol eines Gases hat in Normzustand (0°C u. 1013mbar) 22,4 liter/mol.
somit:
2 mol Ammoniak = 3 mol Wasserstoff bzw.
2x17,03 g Ammoniak = 3x22,4 liter Wasserstoff bzw.
Dreisatz:
34,06 g Ammoniak = 67,2 liter Wasserstoff
100 g Ammoniak = x
Auflösen nach x und ausrechnen.
Gruß,
Xantia
Hallo Evelyn.
Die Reaktionsgleichung lautet
N2 + 3x H2 -> 2x NH3
da Wasserstoff und Stickstoff „Elementar nur Molekular“ vorkommen.
Für die Mengen- oder Molverhältnisse reicht aber die gekürze Gleichung:
1x N + 3x H -> NH3
Ammoniak hat eine Molmasse von 17.03 g/mol.
Wenn Du 100g davon her stellst entspricht das:
100g / 17.03 g/mol = 5,872 Mol Ammoniak.
Das besteht aus
5,872 Mol Stickstoff und 3x5,872 =
17,616 Mol Wasserstoff
Stickstoff hat die Molmasse 14.0069 g/mol
Wasserstoff hat die Molmasse 1.00794 g/mol
Wir benötigen für 100 g Ammoniak somit
5,872 Mol * 14,0069 g/mol = 82,25 g Stickstoff und
17,616 Mol * 1,00794 g/mol = 17,75 g Wasserstoff.
Ein wenig verwirrt mich die Frage nach dem Wasserstoff in Litern, da es ein Gas ist.
Die Dichte von Wasserstoff beträgt ca. 0,0899 kg/m³ = 0,0899 g/L
Wir benötigen 17.75 g Wasserstoff (H).
17,75 g / 0,0899 g/L = ca. 197,44 L
Und zu guter Letzt noch zu den Verhältnissen…
1x N + 3x H = NH3
Molekular iat das Verhältnis somit 1:3 von Stickstoff zu Wasserstoff.
oder
82,25 g Stickstoff plus 17,75 g Wasserstoff
da wäre das Masseverhältnis 4,63:1 von Stickstoff zu Wasserstoff.
Ich hoffe ich habe geholfen und nicht noch mehr verwirrt 
Frohes Neues
Sascha
Hallo Novalee,
Deine Antwort war spitze! Super erklärt, so dass wir es beide sofort verstanden haben. Vielen Dank. Leider gibt es schon wieder neue Fragen. Vielleicht kannst Du uns auch dabei helfen??? Das wäre super!
- Stelle die zwischenmolekularen Kräfte zwischen zwei Ammoniakmolekülen zeichnerisch dar (Vermutung: Dipol-Dipol?).
- Ordne folgende Stoffe nach der Siedetemperatur: KCl, H2O, ClH, FH, Co, MgO (bitte mit kurzer Erklärung, wie und warum).
- Ordne folgende zwischenmolekulare Kräfte nach der Stärke ihrer Bindung: Dipol-induziertes Dipol, van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Sipol-Bdg, Wasserstoffbrücken, Dipol-Ionen-Bdg (so würde mein Sohn sie von schwach zu stark ordnen).
Ich danke Euch sehr für Eure Hilfe - es ist toll, dass es Euch gibt!!!
Lelaina
Hallo Lelaina,
freut mich, dass ich helfen konnte.
Zu deinen Fragen:
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Aufgrund des freien Elektronenpaares am Stickstoffatom hat Ammoniak die Form einer dreiseitigen Pyramide. Zusätzlich besitzt Stickstoff eine relativ hohe Elektronegativität (=Fähigkeit Elektronen zu sich zu ziehen; steht im Periodensystem). Dadurch entsteht ein permanenter Dipol mit eine negativen Partialladung am N und positiven Partialladungen an den H-Atomen. Durch die Wasserstoffatome bilden sich dann Wasserstoffbrückenbindungen aus. Bildlich entseht ein Netzwerk aus NH3 Molekülen, ähnlich wie bei Wasser.
-
MgO 3600 °C, KCl 1500 °C, FH 112 °C, H2O 100 °C, HCl -85 °C.
Verantwortlich für die Siedetemperatur ist die Stärke der molekularen Wechselwirkung. Je stärker die Wechselwirkung, desto mehr Energie (in diesem Fall Wärme) wird benötigt, um die Atome oder Moleküle auseinander zu bekommen (in die Gasphase zu überführen).
Zwischen den Atomen von MgO und KCl bilden sich ionische Bindungen aus. Eine ionische Bindung entsteht zwischen stark elektronegativen Elementen (rechts im PSE) und elektropositven Elementen (elektronenschiebend, links im PSE). Die Differenz der Elektronegativitäten (dEN) beider Atome ist sehr groß (> 2,0).
HF (dEN = 1,9), H2O (dEN = 1,4) und HCl (dEN = 0,9) bilden Wasserstoffbrückenbindungen aus. Auch hierbei gilt: je höher die Elektronegativitätsdifferenz , desto stärker die Bindung, desto höher der Siedepunkt. -
Die Stärke der Wechselwirkungen würde ich genauso einordnen, wie dein Sohn, also Dipol-induziertes Dipol, van-der-Waals-WW, Dipol-Dipol-WW, Wasserstoffbrückenbindungen, ionische Bindung.
Weiterhin viel Erfolg:wink:
Novalee
Hallo Novalee,
ich danke Dir nochmals herzlich - auch diese Antwort war wieder superverständlich und einleuchtend. Ich hoffe für alle Schüler, du bist Lehrer! Ich hoffe aber auch, du fühlst dich nicht als Nachhilfelehrer mißbraucht, wie anscheinend jemand hier im Forum mir vorwarf…Mein Sohn ist eigentlich ein guter Schüler, aber in Chemie hapert´s irgendwie…und ich hatte selbst mal Chemie Grundkurs und hatte seltsamerweise das beste Grundkurs-Abitur des Jahrgangs…aber es ist alles irgendwie weg, vor allem auch das Interesse, mich wirklich nochmal damit zu beschäftigen…Deshalb nochmals vielen Dank!
Lelaina
Hey Lelaina,
das habe ich doch gerne gemacht:smile: Wenn ich mich als Nachhilfelehrer missbraucht fühlen würde, wäre ich nicht in diesem Forum!
Nein, ich bin keine Lehrerin, sondern Doktorandin. Aber gut zu wissen, dass mir diese Option später auch noch offen steht:wink:
Bei weiteren Fragen könnt ihr euch gerne wieder melden!
Novalee
Hallo,
Aus der Reaktion gehen das benötigte Verhältnis heraus.
3H2 + N2 = 2NH3. Wir wissen also: Um 2 mol Ammoniak herzustellen braucht man 3 mol Wasserstoff.
1mol Ammoniak wiegt 3*1g + 14g also 17g, d.h. wir stellen 100/17 mol Ammoniak her.
Da wir 3 mol Wasserstoff brauchen um 2 mol Ammoniak zu erzeugen brauchen wir also 100/17 * 3/2 mol Wasserstoff für die Reaktion. Ausgerechnet ergibt das etwa 8,82 mol.
Nun haben wir den Vorteil, dass Wasserstoff ein Gas ist, denn Gase nehmen unter Standardbedingungen immer ein Volumen von ca. 22,4l/mol ein.
8,82 mol * 22,4 l/mol = 197.6 l
Ich hoffe, ich habe nicht zu spät geantwortet und konnt euch helfen.
Liebe Grüße