Herstellung von Wasserstoff – Berechnung (Übungsvideo 1)
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Grundlagen zum Thema Herstellung von Wasserstoff – Berechnung (Übungsvideo 1)
Herstellung von Wasserstoff – Chemie
In diesem Lerntext wollen wir uns ansehen, wie man in der Chemie Berechnungen durchführen kann. Dazu schauen wir uns jedoch zuerst ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff $(\ce{H2})$ an und stellen uns dann die Fragen: Was benötigt man zur Herstellung von Wasserstoff? Und wie wird Wasserstoff erzeugt?
Wie wird Wasserstoff hergestellt? – Wasserstoff erzeugen
Mit Wasserstoffherstellung wird die Gewinnung von molekularem Wasserstoff ($\ce{H2}$) bezeichnet. Dazu gibt es viele unterschiedliche Verfahren. Wasserstoff wird beispielsweise in der chemischen Industrie zur Herstellung von Stickstoffdünger, in Erdölraffinerien zur Raffinierung von Mineralöl oder auch bei der Herstellung von synthetischen Kraftstoffen benötigt. Es gibt Verfahren zur Wasserstoffherstellung, bei denen Kohlenwasserstoffe eingesetzt werden, andere verwenden Biomasse und einige erhalten Wasserstoff durch die Spaltung von Wasser. Auch durch Elektrolyse von Wasser kann Wasserstoff hergestellt werden.
Wasserstoff in einem Experiment herstellen
Möchte man in einem Chemielabor Wasserstoff $(\ce{H2})$ erzeugen, kann dies durch die Reaktion von Calcium $(\ce{Ca})$ mit Wasser $(\ce{H2O})$ erreicht werden. Bei der Reaktion von Calcium mit Wasser entsteht ein entzündbares Gas – Wasserstoff. Zurück bleibt eine Calciumhydroxidlösung $(\ce{Ca(OH)2})$, die alkalisch und schwach ätzend ist.
$\ce{\underset{Calcium}{Ca} + \underset{Wasser}{2H2O} -> \underset{Calciumhydroxid}{Ca(OH)2} + \underset{Wasserstoff}{H2}}$
Will man diesen Versuch durchführen, sollte man auf jeden Fall auf die Sicherheit im Labor achten, denn Wasserstoff in Gemisch mit Luft könnte entstehen. Dieses sogenannte Knallgas kann sogar explodieren. Der Nachweis von Wasserstoff kann durch die Knallgasprobe erfolgen. Diese dient zur Überprüfung der Reinheit, um eine Explosion zu vermeiden. Dazu wird ein Reagenzglas, das mit dem Daumen verschlossen und mit dem entstandenen Gas gefüllt ist unter Wegnahme des Daumens mit seiner Öffnung zügig in eine Brennerflamme gehalten. Entsteht ein pfeifender Ton oder Knall, bedeutet das, dass Knallgas (Wasserstoff-Luft-Gemisch) vorliegt. Brennt das Gas ruhig ab, liegt reiner Wasserstoff vor.
Herstellung von Wasserstoff – Reaktionsgleichung und Berechnung
Wenn man ein Stückchen Calcium $(\ce{Ca})$ in Wasser $(\ce{H2O})$ gibt, dann findet also eine Gasentwicklung statt. Es entsteht Wasserstoff $(\ce{H2})$. Nun würden wir gerne wissen:
Wie viel Gramm Calcium benötigt man für die Herstellung von einem Liter Wasserstoff?
| 1. Reaktionsgleichung formulieren: | $\ce{\underset{Calcium}{Ca} + \underset{Wasser}{2H2O} -> \underset{Calciumhydroxid}{Ca(OH)2} + \underset{Wasserstoff}{H2}}$ |
| 2. Gesuchte Menge an Calcium und gegebene Menge an Wasserstoff über das Elementsymbol schreiben: | $\ce{\overset{\color{Red}{X}}{Ca} + 2H2O -> Ca(OH)2 + \overset{\color{Green}1\ell}{H2}}$ |
| 3. Da aus einem Mol Calcium ein Mol Wasserstoff entstehen, schreiben wir die Stoffmenge über das Elementsymbol in der Reaktionsgleichung. | $\ce{\overset{\color{Green}{1 mol}}{Ca} + 2H2O -> Ca(OH)2 + \overset{\color{Green}1 mol}{H2}}$ |
| 4. Wir haben nun eine wunderbare Proportionalität vorliegen, die wir ausnutzen können. Denn $x$ verhält sich zu $40$ Gramm wie ein Liter zu $22,4$ Liter. Die $40$ Gramm kannst du aus dem Periodensystem bei Calcium ablesen. Es handelt sich um die molare Masse. Bei den $22,4$ Litern handelt es sich um das molare Volumen von Gasen unter Standardbedingungen. Die Menge an Calcium $x$ bestimmen wir nun mit einem einfachen Dreisatz. | $x = \frac{40g \cdot 1\ell}{22,4\ell}$ $\underline{\underline{1,79 g}}$ |
Für die Herstellung von einem Liter Wasserstoff benötigen wir also $\ce{1,79}$ Gramm Calcium.
Das Video Herstellung von Wasserstoff – Berechnung
In diesem Video wird die Herstellung von Wasserstoff einfach erklärt. Es geht um die Fragestellungen: Wie gewinnt man Wasserstoff? Wie viel Gramm Calcium benötigt man, um einen Liter Wasserstoff zu produzieren? Und wie wird Wasserstoff berechnet? Dabei soll Calcium mit Wasser reagieren und dabei Wasserstoff erzeugen.
Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!
Transkript Herstellung von Wasserstoff – Berechnung (Übungsvideo 1)
Hallo, liebe Chemiefreundinnen und Chemiefreunde. Herzlich willkommen zum Video "Chemisches Rechnen, Teil 15". Und schon sind wir bei unserer Reaktion. Wasser - und in das Wasser wird ein Feststoff hineingegeben. Eine Reaktion setzt ein mit Gasentwicklung. Und während das Wässerchen so vor sich hin sprudelt, kommen wir zu unserer Aufgabenstellung. Calcium reagiert mit Wasser. Wie viel Calcium benötigt man für die Herstellung von 1 l Wasserstoff? Wie immer formulieren wir zunächst die Wortgleichung: Calcium + Wasser -> Calciumhydroxid + Wasserstoff. Es schließt sich die Formelgleichung an: Ein Atom Calcium reagiert mit 2 Molekülen Wasser zu einem Molekül Calciumhydroxid und einem Molekül Wasserstoff. Also, in der Sprache der chemischen Symbole: Ca + 2 H2O -> Ca(OH)2 + H2. Im Unterschied zu den bisher betrachteten Videos haben wir es hier mit Massen und Volumengemisch zu tun. Wir schreiben also bei Calcium (Ca) x, da wir die Menge an Calcium suchen. Entsprechend schreiben wir über das Symbol von Wasserstoff (H2) 1 l, denn 1 l Wasserstoff ist in der Aufgabenstellung gegeben. Ein weiterer Unterschied im Vergleich zu den vorigen Videos besteht darin, dass wir anstelle der relativen Atommassen mit Stoffmengen und darüber dann mit Vergleichsmassen bzw. Volumina arbeiten müssen. Beginnen wir mit den Stoffmengen. Wir nehmen 1 mol Calcium und erhalten daraus ebenfalls, nach der Reaktionsgleichung, 1 mol Wasserstoff. Demzufolge schreiben wir unter Ca 1 mol und unter H2 ebenfalls 1 mol. Darüber, aber unter die entsprechende Formelsymbole, schreiben wir nun die entsprechenden Vergleichsmassen bzw. Volumina. Bei Calcium entspricht 1 mol eine Masse von 40 g, unter Ca steht 40 g. Bei Wasserstoff entspricht einer Stoffmenge von 1 mol ein Volumen von 22,4 l. Wir schreiben also unter H2 22,4 l. Eine Minibemerkung am Rande: Die 22,4 l beziehen sich auf Normbedingungen. Was das ist, habe ich in der linken unteren Ecke mit orangener Farbe notiert. Wir haben nun eine wunderbare Proportionalität vorliegen, die wir ausnutzen können. Denn x verhält sich zu 40 g wie 1 l zu 22,4 l. X bestimmen wir nun mit dem Dreisatz. Dabei multiplizieren wir die beiden Werte, die in der Diagonale stehen, in der sich x nicht befindet. Das Ergebnis dividieren wir durch den Wert, der in der Diagonale mit x steht. Wir erhalten demnach nach dem Dreisatz: x = (40 g x 1 l) / 22,4 l. Wir erhalten mit dem Taschenrechner einen Wert von etwa 1,79 g. Antwort: Man benötigt 1,79 g Calcium. Auch diese Art von Aufgaben können wir nun lösen. Ich bedanke mich für eure Aufmerksamkeit. Alles Gute. Tschüss!
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Hallo,
die Rechnung in dieser Aufgabe und auch das Ergebnis sind korrekt. Chem. R. 5 schaue ich später.
Alles Gute
Hallo,
in "Chemisches Rechnen 5" ist eine fast identische Aufgabe anders erklärt. Benutzt man die Rechnung wie im Teil 5, kommen 20 kg Ca raus. Was ist nun richtig?