Reaktion Magnesium mit Schwefelsäure, Bildung von 200mL Wasserstoff

Question

Aufgabe:

Es sollen Magnesium mit Schwefelsäure zur Reaktion gebracht werden rechne, wie viel Gramm Magnesium mit Schwefelsäure unbedingt eingebracht werden müssen, um 200 ml Wasserstoff zu erzeugen

Answer 1

Grüße chemweazle,

Wasserstoff-Darstellung durch die Umsetzung eines relativ. unedlem Metall, hier im Beispiel ist es das Magnesium, mit einer verd. starken Säure(verd. Schwefelsäure)

Reaktionstyp: Redox-Reaktion

Oxidationsmittel: hydratisierte H⁽⁺⁾-Ionen , (H₃O⁽⁺⁾) , aus der verdünnten Schwefelsäure-Lösung diese werden zu Wasserstoff reduziert

Reduktionsmittel : elementares Magnesium(Magnesiummetall), das zu Magnesiumsulfat oxidiert wird

Red: 2 H⁽⁺⁾ + 2 e^(-) → H_2(g)

Ox: Mg⁰ → Mg⁽²⁺⁾ + 2 e^(-)

Redox: Mg⁰ + 2 H⁽⁺⁾ → Mg⁽²⁺⁾ + H_2(g)

Die Konzentration der verd. Schwefelsäure-Lsg. kann so 1 mol / l bis 2 mol / l betragen.

In einer verdünnten Schwefelsäure-Lösung liegen die Schwefelsäuremoleküle dissoziiert vor. Die neben den Sulfationen vorliegenden hydratisierten H⁽⁺⁾-Ionen wirken als Oxidationsmittel.

Diese oxidieren das Magnesiummetall zu Magnesiumionen und werden dabei unter Elektronenaufnahme selbst zu Wasserstoff reduziert.

Gesamt-Reaktionsgleichung

1 Mg⁰_(s) + H₂SO_4(aq) → MgSO_4(aq) + 1 H_2(g) ↑

Stöchiometrische Verhältnisse

1 mol Magnesium-Metall liefert bei der volständigen Oxidation mit 2 mol H⁽⁺⁾-Ionen , diese stammen aus 1 mol Schwefelsäure-Moleküle, 1 mol Wasserstoff.

Stoffmengenverhältnisse

Die Stoffmengen an erzeugten Wasserstoff und verbrauchten Magnesium verhalten sich wie die stöchiometrischen Faktoren in der Reaktionsgleichung.

n(H₂) / n(Mg⁰) = 1 / 1

Daraus folgt:die Gleichheit der Stoffmengen an erzeugten Wasserstoff und dafür verbrauchten Magnesium,

n(H₂)_erzeugt = n(Mg⁰)_verbraucht.

Stoffmenge an zu erzeugenden Wasserstoff

Es sollen bei Normalbedingungen 200 ml Wasserstoff erzeugt werden, gesucht ist nun die Stoffmenge an Wasserstoff.

Normalbedingungen:

Temperatur: θ = 25°C, entspricht T = 298 K, auf der Kelvin-Skala

Druck: 1,01325 bar = 101.325 Pa = 101.325 N/ m²

Wasserstoff wird als Ideales Gas behandelt.

Es gilt: p * V = n * R * T

mit V(H₂) = 200 ml = 0,2 l = 0,0002 m³

$$n = n(H_{2}) = \dfrac{\blue{p}\cdot \red{V}}{R\cdot T}$$


$$n(H_{2}) = \dfrac{\blue{101.325\cdot N}\cdot 0,0002\cdot \red{m^{3}}\cdot K\cdot mol}{\blue{m^{2}}\cdot 8,314\cdot Nm\cdot 298\cdot K} \approx 0,0082\cdot mol = 8,2 mmol$$

n(H₂) = n(Mg⁰) = 0,0082 mol

Die Atommasse (Molmasse) von Magnesium beträgt: M(Mg) = 24,305 g / mol
m(Mg⁰) = n(Mg⁰) * M(Mg⁰)

$$M(Mg^{0}) = 0,0082\cdot mol\cdot \frac{24,305\cdot g}{mol} \approx 0.199\cdot g\approx 0,2\cdot g$$

Zusatz

Zusatz

Hinweise: Bei einer verdünnten Schwefelsäure-Lsg. wirken die hydratisierten H⁽⁺⁾-Ionen (H₃O⁽⁺⁾) als Oxidationsmittel.

2 H⁽⁺⁾(aq) + 2 e^(-) → H_2(g) ↑

Bei Verwendung einer laborüblichen Konzentrierten Schwefelsäure mit einem Massenanteil von 90-98%igen Schwefelsäure ("konz. Schwefelsäure") werden dagegen die Schwefelsäure-Moleküle zu Schwefeldioxid reduziert.

2 H₂SO₄ + 2 e^(-) → SO_2(g) ↑ + 2 H₂O + SO₄^(2-)

Bemerkung: Alternativ zum Magnesium wird oft auch Zink, Aluminium oder Eisenpulver verwendet.

Diese Redox-Reaktion klappt sogar mit der schwachen Essigsäure, wenn das Reaktionsgemisch noch zusätzlich erwärmt wird. :

Mg⁰_(s) + 2 HOAc_(aq) → Mg(OAc)_2(aq) + H_2(g) ↑