4.4.2 Berechnen des Umsatzes bei reinen Stoffen

In nachstehenden Aufgaben sind die Reaktionspartner als reine Stoffe (r.S.) aufzufassen.

Aufgabe 1:

Aus Eisen Fe und Schwefel S wurde Eisen(II)-sulfid FeS hergestellt.

a) Wieviel Gramm Fe und wieviel Gramm S werden stöchiometrisch für 150,0 g FeS gebraucht?

b) Wieviel Gramm FeS entstehen aus 20,0 g Fe bei 80,0%iger Ausbeute?

 

Rechengang I über Dreisatz:

 

Reaktionsgleichung: Fe + S → FeS

 

M(Fe) = 55,847 g/mol,

M(S) = 32,06 g/mol,

M(FeS) = 87,91 g/mol

 

a) 87,91 g FeS erfordern 55,847 g Fe

 

 
150,0 g FeS ......................... x g Fe

Die erforderliche Masse an Schwefel ergibt sich als Differenz 150,0 g - 95,3 g = 54,7 g ; sie könnte auch über einen Dreisatz berechnet werden.

Es werden 95,3 g Fe und 54,7 g S gebraucht.

b) Aus 55,847 g Fe entstehen 87,91 g FeS

 

 
.... 20,0 g Fe ............................ x g FeS

80,0% von 31,5 g FeS sind 25,2 g FeS

Rechengang II über Proportionen:

 

Die Aufgabe läßt sich auch über eine Proportion berechnen:

Eine Grundgleichung der Stöchiometrie ist die Gleichung 14 (S.4.1.2)

 

Daraus

 

In der Reaktionsgleichung Fe + S → FeS sind die Stoffmengenverhältnisse der Reaktionspartner gleich, n = 1 (die Stöchiometrischen Zahlen sind jeweils 1). Somit gilt

 

 

Allgemein gilt mit gleichem Stoffmengenverhältnis

 

 

a) m in Gramm

 

Berechnen von m(Fe) für 150,0 g FeS:

 

x = m(Fe) Mit "Kreuzprodukt" (s.13.3)

 

 

 

 

Wie im Rechengang I könnte die erforderliche Masse an Schwefel über die entsprechende Proportion berechnet werden (prüfe nach!).

b) Berechnen von m(FeS) bei 20,0 g Fe:

x = m(Fe) Mit "Kreuzprodukt" (s.13.3)

 

 

 

 

Ergebnisse und Schlußsätze wie unter Rechengang I.

Aufgabe 2:

Gesucht ist mit den Angaben vorstehender Aufgabe 1 die Ausbeute an FeS, bezogen auf S, wenn 13,3 g S eingesetzt wurden und 28,7 g FeS entstanden.

 

Rechengang I :

 

32,06 g S ergeben stöchiometrisch 87,91 g FeS

 

 
13,3 g S ................................................ x g FeS

28,7 g FeS sind, bezogen auf 36,5 g FeS, 78,7%.

Die Ausbeute könnte auch auf eine Einwaage an Fe bezogen angegeben werden.

Rechengang II :

 

x = m(FeS)

 

 

Ergebnisse und Schlußsätze wie unter Rechengang I.

 

Aufgabe 3:

Als Laborpräparat wurde Acetylchlorid, Ethansäurechlorid, CH3-COCl hergestellt. Hierzu wurde wasserfreie Ethansäure ("Eisessig") CH3-COOH mit Phosphor(III)-chlorid PCl3 nach

3 CH3COOH + PCl3 → 3 CH3COCl + H3PO3

umgesetzt.

a) Wieviel Gramm "Eisessig" mußten zur Reaktion eingesetzt werden, wenn 20,0 g CH3-COCl hergestellt werden sollten und in der Arbeitsvorschrift die erzielbare Ausbeute, bezogen auf beide Ausgangsstoffe, zu 45% der Theorie angegeben ist?

b) Welche Volumina der - flüssigen - Ausgangsstoffe mußten abgemessen werden? Dichte (CH3COOH) = 1,0492 g/ml, Dichte (PCl3) = 1,574 g/ml.

 

Rechengang I :

 

Mit M(CH3COOH) = 60,052 g/mol, M(PCl3) = 137,333 g/mol und M(CH3COCl) = 78,488 g/mol gilt:

a)

3 x 78,488 g CH3COCl erfordern 3 x 60,052 g CH3COOH

 

 
20,0 g CH3COCl .................................... x g CH3COOH

 

3 x 78,488 g CH3COCl erfordern 137,333 g PCl3

 

 
20,0 g CH3COCl ..... ........................... x g PCl3

Beachte: Im Ansatz müssen die Stöchiometrischen Zahlen der Partner in der Reaktionsgleichung berücksichtigt werden!

15,3 g CH3COOH entsprechen bei 45%iger Ausbeute

 

 
11,7 g PCl3 ...........entsprechen bei 45%iger Ausbeute

 

 

Begründe das hier umgekehrte Schlußverhältnis!

b)

 

Rechengang II :

 

a)

x = m(CH3COOH)

 

 

 

y = m(PCl3)

 

 

b)

Rechengang, Anmerkung, Ergebnisse und Schlußsätze wie unter Rechengang I.