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Chromat reagiert im sauren Milieu
Um die Menge an entstehendem Chlorgas (\(Cl_2\)) zu bestimmen, müssen zunächst die stöchiometrischen Beziehungen der Reaktion analysiert werden. Die chemische Reaktion zwischen Chromat (\(CrO_4^{2-}\)) im sauren Milieu und Chlorid (\(Cl^-\)) zu Chrom (III) (\(Cr^{3+}\)) und Chlorgas (\(Cl_2\)) lautet:
\(2 CrO_4^{2-} + 16 H^+ + 6 Cl^- \rightarrow 2 Cr^{3+} + 3 Cl_2 + 8 H_2O\)
Aus dieser Gleichung können wir sehen, dass 6 Mol \(Cl^-\) benötigt werden, um 3 Mol \(Cl_2\) zu produzieren.
Schritt 1: Berechnung der Molzahl an Chromat(\(CrO_4^{2-}\))
\(Molzahl\;Chromat = Volumen\;der\;Lösung \times Molarität\)
\(= 0,025\;L \times 0,01\;M\)
\(= 2,5 \times 10^{-4}\;mol\)
Schritt 2: Berechnung der Molzahl an Chlorid (\(Cl^-\))
Natriumchlorid (NaCl) dissoziiert vollständig in \(Na^+\) und \(Cl^-\) Ionen.
\(Mol\;NaCl = \frac{Masse}{Molare\;Masse}\)
\(= \frac{245\;mg}{58,44\;g/mol}\)
\(= \frac{0,245\;g}{58,44\;g/mol}\)
\(= 4,19 \times 10^{-3}\;mol\)
Schritt 3: Bestimmung des limitierenden Reaktanten
Um den limitierenden Reaktanten zu ermitteln, vergleichen wir das Verhältnis der vorhandenen Molzahlen mit den stöchiometrischen Verhältnissen der Reaktanten:
Für \(CrO_4^{2-}\):
\(2,5 \times 10^{-4}\;mol \times \frac{6}{2} = 7,5 \times 10^{-4}\;mol\;Cl^-\;benötigt\)
Für \(Cl^-\):
\(4,19 \times 10^{-3}\;mol\;Cl^-\;verfügbar\)
Da weniger \(CrO_4^{2-}\) im Vergleich zu \(Cl^-\) basierend auf dem stöchiometrischen Bedarf vorhanden ist, ist Chromat der limitierende Reaktant.
Schritt 4: Bestimmung der Menge an \(Cl_2\) basierend auf dem limitierenden Reaktanten
Aus dem stöchiometrischen Verhältnis geht hervor, dass aus 2 Mol \(CrO_4^{2-}\) 3 Mol \(Cl_2\) entstehen. Demnach kann aus der Molzahl des Chromats die Molzahl des Chlorgases wie folgt berechnet werden:
\(2,5 \times 10^{-4}\;mol\;CrO_4^{2-} \times \frac{3}{2} = 3,75 \times 10^{-4}\;mol\;Cl_2\)
Schritt 5: Berechnung der Masse von \(Cl_2\)
\(Masse\;Cl_2 = Molzahl \times Molare\;Masse\;von\;Cl_2\)
\(Molare\;Masse\;von\;Cl_2 = 2 \times 35,45\;g/mol = 70,9\;g/mol\)
\(Masse\;Cl_2 = 3,75 \times 10^{-4}\;mol \times 70,9\;g/mol = 0,0266\;g\)
Zusammenfassung:
Bei der Reaktion von 25 mL einer 0,01M Chromatlösung mit 245 mg Natriumchlorid entstehen 0,0266 g Chlorgas.
