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Gase und Stoffmenge

Widerlegen, herleiten, Stellung nehmen — zehn Aufgaben, bei denen du wie eine Chemikerin argumentierst.

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Aufgabenblock — AFB III

Begründen statt nur rechnen: Aussagen prüfen, Fehler finden, Verfahren entwickeln und eigene Begründungen formulieren, bevor du die Musterlösung aufklappst.

A1
Gleiches Volumen, gleiche Masse?
AFB III

Widerlege die Aussage: „1 L Wasserstoff und 1 L Sauerstoff sind bei gleicher Temperatur und gleichem Druck gleich schwer, weil sie gleich viele Teilchen enthalten.“

Hinweis: Welcher Teil der Aussage stimmt — und welcher nicht?

Strategie: Die Teilchenzahl und die Masse eines Teilchens getrennt betrachten.Warum so? Masse der Portion = Anzahl der Teilchen · Masse eines Teilchens.
Lösungsskizze: N gleich (Avogadro) · M(H2) = 2 g/mol, M(O2) = 32 g/mol → O2 16-mal so schwer.
Musterlösung anzeigen (zählt als erledigt)

Musterlösung: Richtig ist nur der erste Teil: Nach dem Gesetz von Avogadro enthalten beide Portionen gleich viele Moleküle. Ein O2-Molekül ist aber 16-mal so schwer wie ein H2-Molekül (32 g/mol gegenüber 2 g/mol). Deshalb ist 1 L Sauerstoff 16-mal so schwer wie 1 L Wasserstoff — gleiche Teilchenzahl bedeutet nicht gleiche Masse.

A2
Ohne Bedingungen kein Gasvolumen
AFB III

Erkläre, warum die Angabe „1 mol Gas hat ein Volumen von 22,4 L“ ohne Temperatur und Druck unvollständig ist.

Hinweis: Denke an einen Luftballon, den du in die Sonne legst.

Strategie: Das Volumen eines Gases im Teilchenmodell deuten.Warum so? Das Gasvolumen ist fast nur leerer Raum zwischen den Teilchen.
Lösungsskizze: Wärmer → schnellere Teilchen → größere Abstände → größeres Vm; höherer Druck → kleineres Vm.
Musterlösung anzeigen (zählt als erledigt)

Musterlösung: Das Volumen eines Gases besteht fast nur aus den Abständen zwischen den Teilchen. Diese hängen von Temperatur und Druck ab: Bei höherer Temperatur bewegen sich die Teilchen schneller und brauchen mehr Platz, bei höherem Druck werden sie zusammengedrückt. Deshalb gilt Vm = 22,4 L/mol nur bei 0 °C und 1013 hPa, bei 20 °C sind es etwa 24 L/mol.

A3
Warum H2 und nicht H?
AFB III

Beim Versuch reagieren 2 L Wasserstoff mit 1 L Sauerstoff zu 2 L Wasserdampf (gleiches p und T). Leite daraus her, dass Sauerstoff nicht aus einzelnen Atomen bestehen kann.

Hinweis: Nimm zuerst an, Sauerstoff bestünde aus einzelnen O-Atomen — was folgt dann für die Menge Wasserdampf?

Strategie: Das Gesetz von Avogadro auf die Volumina anwenden: Volumen ↔ Teilchenzahl.Warum so? Ein Widerspruch zu einer Annahme widerlegt sie.
Lösungsskizze: 1 L O-Atome könnte höchstens 1 L Wasser liefern (jedes Wassermolekül braucht ein O) — beobachtet: 2 L → jedes Sauerstoffteilchen enthält 2 Atome: O2.
Musterlösung anzeigen (zählt als erledigt)

Musterlösung: Nach Avogadro entsprechen die Volumina den Teilchenzahlen: 2 Teile Wasserstoff + 1 Teil Sauerstoff → 2 Teile Wasser. Jedes Wassermolekül enthält ein Sauerstoffatom. Bestünde Sauerstoff aus einzelnen Atomen, könnte 1 L Sauerstoff nur 1 L Wasserdampf ergeben. Es entstehen aber 2 L, also muss jedes Sauerstoffteilchen zwei Atome enthalten, die sich auf zwei Wassermoleküle verteilen: Sauerstoff besteht aus O2-Molekülen (ebenso Wasserstoff aus H2).