Wie berechnet man, wie viel Magnesium gebraucht wird, um 1 Liter Wasserstoff herzustellen?

Question

Wie berechne ich, wie viel Magnesium und wie viel 1 molare Salzsäure (d.h. c=1mol/L) benötigt wird, um 1 L Wasserstoff herzustellen?

Ist die Formel dafür: Mg + 2 HCl -> MgCl₂ +H₂ ?

Answer 1

$$ Mg+2H_2O \rightarrow     Mg(OH)_2 +H_2         $$

Es braucht nur eine geringe Ansäuerung der Lösung, um die Reaktion zu beschleunigen - ohne läuft die Reaktion wie oben - nur recht langsam.

Comments

Nein, das ist leider nicht die Antwort, die ich mir erhofft hatte, insbesondere auch deshalb, weil die Reaktionsgleichung Wasser statt Salzsäure enthält.

Aber ich bin vielleicht selbst der Lösung auf die Spur gekommen:

Ausgehend davon, dass meine Reaktionsgleichung richtig ist, kann ich über die Stoffmenge gehen, und zwar:

1000ml = 1000g H₂ 

n(H₂) =m(H₂) / M(H₂) = 1000g / 2,02 g/mol = 495 mol

n(H2) : n(Mg) = 2:1  -> n(Mg) = n(H₂) / 2 = 495 mol / 2 = 247,5 mol

gesuchte Masse von Mg :   m(Mg)=247,5 mol * 24,31 g/mol = 6017,3g

Es werden ca. 6kg Magnesium benötigt, um bei der Reaktion mit Salzsäure 1 l Wasserstoff zu gewinnen.

Kann das stimmen?

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Die Salzsäure wird benötigt, um die Hydroxidschicht abzubauen, die sich bei der oben erwähnten Reaktion auf der Magnesiumoberfläche bildet.

$$Mg(OH)_2 +2 \, HCL \rightarrow MgCl_2 +2 H_2O$$

Wenn man die beiden Teilreaktionen zusammenschreibt, was einer unzulässigen Vereinfachung sehr nahe kommt, könnte man dies erreichen:

$$Mg+2\, HCl →MgCl_2+H_2 \uparrow$$

Ein Mol Magnesium setzt also ein Mol Wasserstoffgas frei.

Unter SATP-Bedingungen und unter der Annahme, Wasserstoff verhielte sich wie ein ideales Gas, benötigt ein Mol Wassertoff ein Volumen von 22,47 Liter.

Wenn wir nur einen Liter H2 wollen, wäre das also $$\frac{1\, L}{22,47\frac{L}{Mol}}= 0,0445 \, Mol$$

Ein Mol Magnesium hat eine Masse von 24,3 Gramm, also rechne man:

$$0,0445\,  Mol \cdot 24,3 \frac{ g}{Mol} = 1,08 g$$

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Nein, das ist leider nicht die Antwort, die ich mir erhofft hatte, insbesondere auch deshalb, weil die Reaktionsgleichung Wasser statt Salzsäure enthält.

Aber ich bin vielleicht selbst der Lösung auf die Spur gekommen:

Ausgehend davon, dass meine Reaktionsgleichung richtig ist, kann ich über die Stoffmenge gehen, und zwar:

1000ml = 1000g H₂ 

n(H₂) =m(H₂) / M(H₂) = 1000g / 2,02 g/mol = 495 mol

n(H2) : n(Mg) = 2:1  -> n(Mg) = n(H₂) / 2 = 495 mol / 2 = 247,5 mol

gesuchte Masse von Mg :   m(Mg)=247,5 mol * 24,31 g/mol = 6017,3g

Es werden ca. 6kg Magnesium benötigt, um bei der Reaktion mit Salzsäure 1 l Wasserstoff zu gewinnen.

Kann das stimmen?

Oh, dann lag ich wohl ziemlich daneben. Danke!!

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1000ml = 1000g H2

Damit hätte Wasserstoffgas die gleiche Dichte wie Wasser.

Kann ja eher nicht sein, oder ?

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Ja, natürlich nicht. Jetzt weiß ich auch, wo mein Fehler hier lag. Vielen Dank für die Hilfe!! :-)

Answer 2

Sehr gute Frage, ja, ich habe mal Wege aufgeschrieben, die ihr eigentlich alle kennen müsstet, wie man Wasserstoff herstellen kann. Einmal die Reaktion von Alkali-und Erdalkalimetallen mit Wasser, dann die Reaktionen von metallen mit Säuren und dann die Elektrolyse von Wasser. Dann habe ich gerechnet. Ich kam auf mehrere hundert Kilo Metall, aber nur auf ca. 20 kg Wasserstoff. Verdammt nochmal, dass Wasserstoff so ein leichtes Element ist. Der beste Weg ist eigentlich immer noch die Elektrolyse von Wasser, bei der zwar Energie von Nöten ist, aber keine giftigen, ätzenden Stoffe entstehen. Wo auch soll man zum Beispiel mehrere hundert Kilo gediegenes Natrium herbekommen, welches man dann mit Wasser zu Natriumhydroxid und elementaren Wasserstoff reagieren lassen könnte, oder auch mit Salzsäure zu Natriumchlorid und elementaren Wasserstoff. Beide Produkte, sowohl Natriumhydroxid, wie auch Natriumchlorid, sind ja Stoffe, die man durchaus auch brauch, bzw. die durchaus auch Verwendung finden. Gut, ein Liter Wasserstoff, das wäre ja, sofern ein Liter Wasserstoff einem Kilogramm Wasserstoff entspricht, ein zwanzigstel vom dem, was ich bei meinen Berechnungen erhalten habe, also dann, ich mache jetzt keine genauen Angaben, ca., naja, einige Kilogramm Magnesium. Warte, ich rechne es aus. Das wird aber relativ lange dauern.

Comments

Also, ich habe gerechnet. 12,15 kg Magnesium reagieren mit 36,5 kg Salzsäure zu 47,65 kg Magnesiumchlorid und 1 kg Wasserstoff. Beachte bitte auf jeden Fall, dass es sich um die Gewichtsangabe und nicht um die Volumenangabe beim Wasserstoff, bei der von mir erstellten Rechnung, handelt. 1 Liter Wasserstoff, weiß ich grade nicht, wie viel 1 Liter Wasserstoff wiegt.

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1 Mol Wasserstoff wiegt 2 Gramm und nimmt unter Normalbedingungen 22,47 Liter ein.