Einführung in die Stöchiometrie

273 Pages·1969·10.001 MB·German

by  Dr. Paul Nylén, Dr. Nils Wigren (auth.)

Atomgewichtstabelle *)
Aluminium Al 27,0 Mangan Mn 54,9
Antimon Sb 121,8 Molybdän Mo 95,9
Arsen As 74,9 Natrium Na 23,0
Barium. Ba 137,3 Nickel Ni 58,7
Beryllium Be 9,0 Palladium Pd 106,4
Blei Pb 207,2 Phosphor. p 31,0
Bor B 10,8 Platin Pt 195,1
Brom Br 79,9 Quecksilber Hg 200,6
Cadmium. Cd 112,4 Sauerstoff 0 16,0
Calcium Ca 40,1 Schwefel s 32,1
Cer. Ce 140,1 Silber Ag 107,9
Chlor Cl 35,5 Silicium Si 28,1
Chrom Cr 52,0 Stickstoff . N 14,0
Eisen. Fe 55,8 Strontium Sr 87,6
Fluor. F 19,0 Thallium Tl 204,4
Gold. Au 197,0 Titan. Ti 47,9
Jod J 126,9 Uran u 238,0
Kalium. K 39,1 Vanadium V 50,9
Kobalt . Co 58,9 Wasserstoft H 1,008
Kohlenstoff . c 12,0 Wismut Bi 209,0
Kupfer. Cu 63,5 Zink Zn 65,4
Lithium Li 6,9 Zinn Sn 118,7
Magnesium Mg 24,3
*) Enthältmiteiner Ausnahme (Wasserstoff) die auf eine Dezimale abgekürzten
Werte der Atomgewichte der häufigsten Elemente, die bei der Berechnung der im
Buch enthaltenen Aufgaben benutzt wurden.
EINFÜHRUNG IN DIE
STÖCHIOMETRIE
VON
DR. PAUL NYLEN
Professor emeritus an der Technischen Hochschule, Stockholm
UND
DR. NILS WIGREN
Ehemaliger Rektor am Staatlichen Gymnasium in Visby, Schweden
13./15. durchgesehene Auflage
Mit über 600 entwickelten Beispielen
und Übungsaufgaben nebst Lösungen
SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH 1969
Dieses Buch ist die deutsche Übersetzung der 3. und
14. Auflage der Veröffentlichung ,.Kemiska Räkneupp
gifter" aus dem Schwedischen von Paul Nylen und
Nils Wigren
Copyright 1941, 1952, 1958, 1960, 1964, 1966, 1969 by Paul Nyien and
Nils Wigren
Ursprünglich erschienen bei Steinkopff-Verlag Darmstadt 1969
ISBN 978-3-662-42912-9 ISBN 978-3-662-43199-3 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-43199-3
Alle Rechte vorbehalten
Von diesem Buche sind erschienen:
14 schwedische Auflagen
15 deutsche Auflagen
9 italienische Auflagen
8 spanische Auflagen
1 jugoslawische Auflage (vergriffen)
Gesamtherstellung: Universitätsdruckerei Mainz GmbH
Vorwort zur 11. und 12. Auflage
Die erste Auflage dieses Buches erschien 1928 und wurde zusammen
gestellt, um dem Bedürfnis der Studierenden an den Hochschulen und
technischen Lehranstalten in Schweden nach einer rationellen Einführung
in die Stöchiometrie entgegenzukommen, sowie um zugleich die knappe
Anzahl instruktiver chemischer Rechenaufgaben in den üblichen Lehr
büchern zu vermehren.
Seitdem sind 14 schwedische Auflagen erschienen. Das Buch ist
auch in vier kontinentaleuropäische Sprachen übersetzt worden und hat
ebenfalls in drei von diesen Sprachen viele Auflagen erlebt. Das Buch hat
sich anscheinend nicht nur für die Studierenden an den Universitäten und
technischen Schulen verwertbar gezeigt, sond~rn auch für Schüler an
Oberschulen, für Pharmazeuten, Chemotechniker, Laboranten der che
mischen Industrie usw.
Die Verfasser waren immer bestrebt, in den Neuauflagen der Ent
wicklung der Chemie Rechnung zu tragen. Demzufolge sind nahezu alle
Kapitel entweder neubearbeitet oder erweitert und verbessert worden.
Die letzten Auflagen wurden dazu durch zwei neue Kapitel erweitert, und
zwar über "Chemische Kinetik" und "Kernchemie". In der vorliegenden
11./12. Auflage hat Kapitell2 (früher 14) über das chemische Gleichge
wicht eine erhebliche Umgestaltung erfahren. Einzelne Zusätze und Ände
rungen wurden u. a. in der Einleitung, in Kapitell und 4 vorgenommen.
Jedes Kapitel beginnt mit einer Zusammenfassung derjenigen Be
griffe und Gesetze, auf welche sich die Lösung der zum Kapitel gehören
den Aufgaben bezieht. In einigen Kapiteln, wie u. a. "Gasgesetze",
"Osmotischer Druck", "Chemisches Gleichgewicht", "Elektrochemie",
"Thermochemie", "Chemische Kinetik", hielten wir es für angezeigt, die
Darstellung für den rechentechnischen Gebrauch besser passend zu ge
stalten als in den gebräuchlichen Lehrbüchern. Die Begriffe Mol und
Grammäquivalent werden durchgehend in den Vordergrund gestellt. In
Kapitel 9 über Maßanalyse findet sich eine sinngemäße, der Definition
des Begriffes Grammäquivalent angepaßte Methode zur Lösung maß
analytischer Aufgaben, und es ist deshalb den Anweisungen zur Bestim
mung von Äquivalentgewichten ein ziemlich großer Raum gewidmet
worden.
IV Vorwort
Typische Beispiele mit vollständiger Lösung finden sich in den ersten
12 Kapiteln und in Kapitel 14 "Thermochemie". In den drei übrigen
Kapiteln sind manche Aufgaben mehr oder weniger ausführlich in "Ant
worten und Anweisungen" gelöst. Aufgaben, die in diesen Abschnitten
nichtgelöst sind, werden, wenn nötig, mitkurzen Erläuterungen versehen.
Die Aufgaben sind mittels vierstelliger Logarithmen ausgerechnet. Eine
vierstellige Logarithmentafel ist dem Buche am Schlusse beigefügt.
Die Vereinbarungen der Internationalen Union für reine und ange
wandte Chemie (IUPAC) bezüglich Symbole und Abkürzungen für che
mische und physikalisch-chemische Größen und Einheiten sind mit weni
gen Ausnahmen berücksichtigt worden.
In manchen Kapiteln finden sich ziemlich viele Aufgaben. Es ist
damit keineswegs beabsichtigt, daß der Studierende alle oder auch nur
einen größeren Teil der Rechenaufgaben durchrechnen sollte. Unseres
Erachtens genügt es, wenn er sich auf die Anwendung der stöchiometri
schen Methoden und Gesetze durch Übung an ausgewählten Aufgaben
beschränkt. Um die Auswahl zu erleichtern, haben wir Aufgaben des
gleichen Typus nebeneinander zu stellen versucht. Abschnitte mit Auf
gaben desselben Typus sind voneinander mit drei Sternchen getrennt.
Wenn der Abschnitt eine größere Anzahl Aufgaben umfaßt, haben wir
möglichst die Aufgaben nach dem Grade steigender Schwierigkeit
geordnet.
Uppsala und Linköping, im Sommer 1965 Die Verfasser
Vorwort zur 13.-15. Auflage
In der vorliegenden Neuauflage wurde der Text vollständig durch
gesehen und stilistisch verbessert, Beispiele, Aufgaben und Lösungen
wurden überarbeitet. An einigen Stellen wurde durch Ergänzungen oder
kleine Änderungen das Verständnis des behandelten Stoffes erleichtert.
Der Begriff Grammatom wurde nur in der Einleitung erwähnt, im
folgenden Text wurde durchgehend der Begriff Mol in seinem erwei
terten Sinne verwendet. Die Dimensionen von Gleichgewichtskonstanten
sowie anderen Größen wurden in den meisten Fällen angegeben.
Uppsala und Linköping, Januar 1969 Die Verfasser
Inhaltsverzeichnis
Atomgewichtstabelle (auf der Innenseite des Umschlags)
Vorwort zur 11./12. Auflage . . . . . . III
Vorwort zur 13./15. Auflage . . . . IV
Abkürzungen und Zeichenerklärungen. .VII
Einleitung
Drei Grundgesetze der Stöchiometrie 1-Empirische Formel und
Molekularformel 2 - Einige Definitionen 3
Kap. 1. Aufstellung chemischer Reaktionsgleichungen . 9
Kap. 2. Berechnung der Gewichtsmengen in einer Verbindung aus der
chemischen Formel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Kap. 3. Berechnung der empirischen Formel einer chemischen Ver
bindung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Kap. 4. Berechnung der Gewichtsmengen bei chemischen Umsetzungen 36
Kap. 5. Die Gasgesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Gasgemische 50 - Thermische Dissoziation 53
Kap. 6. Das Volumen der Gase bei chemischen Umsetzungen 60
Kap. 7. A.'quivalent- und Atomgewichte der Elemente 72
Äquivalentgewicht 72-Atomgewicht 73
Kap. 8. Der Gehalt von Lösungen. . . . . . . . . 79
Gewichtsprozent 79 - Volumprozent 79 - Molarität 80 -
Molalität 80-Normalität 80-Molenbruch 81
Kap. 9. Maßanalyse (Volumetrie) ................. 86
Neutralisationsmethoden 87- Redoxmethoden 88
Kap. 10. Osmotischer Druck . .................... 102
Dampfdruckerniedrigung 1 03 - Siedepunkterhöhung 103 -
Gefrierpunkterniedrigung 104 - Elektrolytische Dissoziation 104
VI Inhaltsverzeichnis
Kap. 11. Elementaranalyse ll1
Kap.12. Das chemische Gleichgewicht ll8
Gleichgewicht in gasförmigen Systemen ll9
Gleichgewicht in heterogenen Systemen 123
Gleichgewicht von Elektrolyten . . . . . . 124
Aktivität in Elektrolytlösungen 124-Der Säure-Basen-Begriff
127-Das Ionenprodukt des Wassers und die pH-Skala 131-
Säure- und Basenkonstanten 134 - OsTWALDS Verdünnungs
gesetz 137 - Die Protolyse mehrwertiger Säuren 138 - Puffer
lösungen 140 - Löslichkeitsprodukte 143 - Auflösen von
Elektrolyten durch Komplexbildung 147
Verteilungssatz 149
Kap.13. Elektrochemie 158
Faradays elektrolytisches Gesetz 159 - Elektrolytische Leit
fähigkeit 159-Überführungszahl 163 - Elektrodenpotentiale
166-Redoxpotentiale 168
Kap. 14. Thermochemie. . . . . . . . .. 180
Die Reaktionswärme bei konstantem Volumen 180 - Die
Reaktionswärme bei konstantem Druck 182-Verschiebung des
Gleichgewichts bei Temperaturänderung 186
Kap. 15. Chemische Kinetik . . . . . . . . . . . . ...... 190
Reaktionen erster Ordnung 191 - Reaktionen zweiter Ord
nung 193 - Die Kinetik im reversiblen System 195
Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit 196
Kap. 16. Kernchemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
Isotope 202-Spontane Kernreaktionen (Radioaktivität) 204 -
Induzierte Kernreaktionen 205 - EINSTEINsehe Masse-Energie
Beziehung 207
Antworten und Anweisungen. 212
Sachverzeichnis . . . • . . 255
Vierstellige Logarithmentafel. 258
Abkürzungen und Zeichenerklärungen
Die Zahlen weisen auf die Seiten hin, wo das betreffende Zeichen in der angegebenen
Bedeutung erläutert wird.
g =Gramm
mg = Milligramm
kg = Kilogramm
ml = Milliliter (1 ml = 0,001 Liter)
= Liter (1 l = 1 dm3 exakt)
Mol = Grammolekül (Zur Beachtung: Diese Abkürzung ist ohne Punkt zu
schreiben, Mol.- mit Punkt-ist die Abkürzung für Molekül), 4
mol = Einheitszeichen für Mol (kleines m ohne Punkt), 4
g-atom = Grammatom, 4
Val = Grammäquivalent, 72, 87
val = Einheitszeichen für Grammäquivalent, 87
cal = Kalorie (früher Grammkalorie), 180
kcal = Kilokalorie (Kilogrammkalorie), 180
= Aktivität, 106, 125
A = Atomgewicht, Def. 3, Best. 73
c, c = molare Konzentration (Molarität) in Gleichungen, 80; c auch Licht
geschwindigkeit, 207
= Zeichen für das Elektron, z. B. in Reaktionsgleichungen für Redox
prozesse, 12
e = Potentialdifferenz zwischen einer Elektrode und einer Lösung. e erhält
ein positives Vorzeichen, wenn die Elektrode relativ zur Lösung positiv
geladen ist, und ein negatives Vorzeichen, wenn die Elektrode relativ zur
Lösung negativ geladen ist, 166
= Normalpotential für ein Elektrodenpotential, 167
E = elektromotorische Kraft, EMK, bei einer galvanischen Kette, 167
=
Aktivierungsenergie, 196
=
Aktivitätskoeffizient, 106, 125
=
F = Ein Faraday die Ladung des Grammäquivalents eines Ions;
96500 Coulomb oder 26,8 Amperestunden, 159
g = osmotischer Koeffizient, 106
VIII Abkürzungen und Zeichenerklärungen
G = Gasdichte, 52
h = Konzentration des Wasserstoff-Ions, 133
H = Enthalpie oder Wärmeinhalt, 182
J = Äquivalentgewicht, 72, 87
" =im allgemeinen konstanter Faktor in einer Formel; hier u. a.: Ver
teilungskoeffizient, 149; molale Siedepunkterhöhung oder Gefrier
punktemiedrigung, 103; Geschwindigkeitskonstante, 191
= Gleichgewichtskonstante des Massenwirkungsgesetzes, 118
= Gleichgewichtskonstante des Massenwirkungsgesetzes, wenn die Kon
zentrationen in molfl angegeben werden, 119
= Gleichgewichtskonstante des Massenwirkungsgesetzes, wenn die Kon·
zentrationen in Partialdruck angegeben werden, 119
= thermodynamische Gleichgewichtskonstante, 125
=
Ionenprodukt des Wassers, 132
= Ionenleitfähigkeit für ein Kation, 162
=
Ionenleitfähigkeit für ein Anion, 162
= Löslichkeitsprodukt eines Elektrolyten, 143
m = molale Konzentration (Molalität} ; wird gebraucht, wenn man die
Molalität in einem bestimmten Fall angeben soll, 80
m = molale Konzentration (Molalität}; wird als Symbol in Gleichungen
gebraucht, 80
=
M molare Konzentration (Molarität}; wird gebraucht, wenn man die
Molarität in einem bestimmten Fall angeben soll. Eine Lösung, die
0,1003 mol Natriumchlorid pro Liter enthält, wird als 0,1003 M NaCl
bezeichnet und 0,1003 molar Natriumchlorid ausgesprochen, 80
M = Molekulargewicht
n = Zahl der Mole; auch Zahl von F (Faraday) bei Elektrodenprozessen und
Zahl von Elektronen bei Redoxprozessen, 166
N = normale Konzentration (Normalität), 80, 87
nk = Überführungszahl eines Kations, 163
=
na Überführungszahl eines Anions, 163
p oder P = Druck (Gasdruck oder osmotischer Druck), 46, 102
pH = negativer Logarithmus der Wasserstofiionenaktivität, 133
=
R universelle Gaskonstante, 48, auch Leitungswiderstand eines Leiters in
Ohm, 160
=
Temperatur in Celsiusgraden, °C, 46; auch Zeit, 191
T = absolute Temperatur, °K, 46
=
U innere Energie, 180