Stöchiometrie – Schritt für Schritt

Stöchiometrie beschreibt, wie man mit einer ausgeglichenen chemischen Gleichung berechnet, wie viel Edukt benötigt wird oder wie viel Produkt entsteht. In den meisten Schulaufgaben ist der Weg klar: Gehe von der gegebenen Menge zu den Stoffmengen über, nutze das Stoffmengenverhältnis aus der Gleichung und rechne dann in die Einheit um, die gefragt ist.

Wenn die Aufgabe mit Gramm beginnt, rechnet man meist zuerst von Gramm in Mol um. Wenn am Ende Gramm gefragt sind, rechnet man von Mol wieder in Gramm zurück. Wenn Mengen für mehr als ein Edukt gegeben sind, musst du außerdem prüfen, welcher Stoff zuerst aufgebraucht ist.

So löst du Stöchiometrie Schritt für Schritt

Für die meisten einfachen Stöchiometrie-Aufgaben ist das der vollständige Ablauf:

1. Gleiche die chemische Gleichung aus.
2. Wandle die gegebene Größe in Mol um, falls sie nicht bereits in Mol angegeben ist.
3. Verwende die Koeffizienten der ausgeglichenen Gleichung als Stoffmengenverhältnis.
4. Rechne das Ergebnis in die Einheit um, die in der Aufgabe verlangt wird.

Das ist schon die ganze Struktur. Die meisten Fehler entstehen, weil einer dieser Schritte ausgelassen oder in der falschen Reihenfolge ausgeführt wird.

Warum eine ausgeglichene Gleichung an erster Stelle steht

Die Koeffizienten geben das Reaktionsverhältnis in Mol an, nicht in Gramm. Zum Beispiel gilt in

$$CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$$

das Verhältnis $1:1:1$, also liefert $1$ Mol $CaCO_3$ genau $1$ Mol $CO_2$, wenn die Zersetzung vollständig abläuft.

Wäre die Gleichung nicht ausgeglichen, wäre jede spätere Umrechnung falsch. Stöchiometrie funktioniert nur, weil die ausgeglichene Gleichung die Anzahl jeder Atomsorte erhält.

Beispiel zur Stöchiometrie: Von Gramm zu Gramm

Angenommen, $25.0\ \mathrm{g}$ Calciumcarbonat, $CaCO_3$, zersetzen sich vollständig. Wie viele Gramm Kohlenstoffdioxid, $CO_2$, entstehen?

Beginne mit der ausgeglichenen Gleichung:

$$CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$$

Schritt 1: Die gegebene Masse in Mol umrechnen

Verwende die molare Masse von $CaCO_3$, sie beträgt etwa $100.09\ \mathrm{g/mol}$.

$$\text{Stoffmenge von } CaCO_3 = \frac{25.0\ \mathrm{g}}{100.09\ \mathrm{g/mol}} \approx 0.250\ \mathrm{mol}$$

Schritt 2: Das Stoffmengenverhältnis verwenden

Die Gleichung zeigt ein Verhältnis von $1:1$ zwischen $CaCO_3$ und $CO_2$.

$$0.250\ \mathrm{mol}\ CaCO_3 \rightarrow 0.250\ \mathrm{mol}\ CO_2$$

Schritt 3: Die Stoffmenge des Produkts in Gramm umrechnen

Verwende die molare Masse von $CO_2$, sie beträgt etwa $44.01\ \mathrm{g/mol}$.

$$\text{Masse von } CO_2 = 0.250\ \mathrm{mol} \times 44.01\ \mathrm{g/mol} \approx 11.0\ \mathrm{g}$$

Wenn die Reaktion also vollständig abläuft, entstehen aus $25.0\ \mathrm{g}$ $CaCO_3$ etwa $11.0\ \mathrm{g}$ $CO_2$.

Dieses Beispiel zeigt die übliche Logik der Stöchiometrie: Masse $\rightarrow$ Mol $\rightarrow$ Stoffmengenverhältnis $\rightarrow$ Masse.

Der Umrechnungsweg in der Stöchiometrie

Viele Schülerinnen und Schüler finden Stöchiometrie leichter, wenn sie sie als Weg der Einheiten betrachten:

$$\text{gegebene Einheit} \rightarrow \text{Mol der gegebenen Substanz} \rightarrow \text{Mol der gesuchten Substanz} \rightarrow \text{gesuchte Einheit}$$

Wenn die Aufgabe in Mol beginnt, überspringst du die erste Umrechnung. Wenn die Antwort in Mol angegeben werden soll, hörst du vor der letzten Umrechnung auf.

Häufige Fehler in der Stöchiometrie

Koeffizienten als Massenverhältnisse verwenden

Koeffizienten vergleichen Mol, nicht Gramm. Ein Stoffmengenverhältnis von $1:1$ bedeutet nicht gleiche Massen.

Vergessen, zuerst auszugleichen

Eine nicht ausgeglichene Gleichung liefert das falsche Stoffmengenverhältnis. Dann führt selbst sorgfältiges Rechnen zum falschen Ergebnis.

Den Mol-Schritt überspringen

Wenn die Aufgabe mit Gramm, Litern oder Teilchen beginnt, springe nicht direkt zur anderen Substanz. Das Stoffmengenverhältnis funktioniert über Mol.

Das limitierende Edukt ignorieren

Wenn Mengen für zwei oder mehr Edukte gegeben sind, bestimmt der stöchiometrisch kleinere Vorrat die Produktmenge. Der einfache Ablauf mit vier Schritten gilt weiterhin, aber zuerst musst du herausfinden, welches Edukt limitierend ist.

Wann Stöchiometrie in der Chemie verwendet wird

Stöchiometrie wird immer dann verwendet, wenn in der Chemie gefragt wird: „Wie viel?“ Man begegnet ihr bei Reaktionsausbeute, Gasbildung, Verbrennung, Lösungchemie, Titration und der Vorbereitung im Labor.

Besonders nützlich ist sie, wenn du bereits weißt, wie man Gleichungen ausgleicht und molare Massen berechnet. Denn diese beiden Grundlagen liefern fast alles, was man für Stöchiometrie braucht.

Probiere eine ähnliche Stöchiometrie-Aufgabe

Verwende dieselbe Reaktion und drehe die Frage um: Wenn du $22.0\ \mathrm{g}$ $CO_2$ benötigst, wie viele Gramm $CaCO_3$ müssen sich zersetzen? Diese Variante zu lösen ist ein guter Test dafür, ob der Schritt mit dem Stoffmengenverhältnis wirklich verstanden ist.