Aufgaben: Atommasse und Molekülmasse

Was ist die Atommasse eines Elements und in welcher Einheit wird sie gemessen? Suche im Periodensystem die Atommasse von Kohlenstoff und von Sauerstoff und gib an, welches der beiden Atome schwerer ist.

Dies sind die Atommassen von vier Elementen: $\text{H} = 1\ \text{u}$, $\text{C} = 12\ \text{u}$, $\text{N} = 14\ \text{u}$ und $\text{O} = 16\ \text{u}$.

1. a) Wie viel mal schwerer ist ein Kohlenstoffatom als ein Wasserstoffatom?
2. b) Und ein Stickstoffatom als ein Wasserstoffatom?

Der Sauerstoff, den wir atmen, ist in der Luft in Form von $\text{O}_2$-Molekülen enthalten. Wenn die Atommasse von Sauerstoff $16\ \text{u}$ beträgt, berechne die Molekülmasse von $\text{O}_2$.

Die Abbildung zeigt das Modell eines Wassermoleküls.

Berechne die Molekülmasse von Wasser, $\text{H}_2\text{O}$ (Atommassen: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

Das Gas, das die Blasen in Erfrischungsgetränken bildet, ist Kohlenstoffdioxid, $\text{CO}_2$. Die Abbildung zeigt sein Molekül.

Berechne seine Molekülmasse (Atommassen: $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

Das Salz, das wir ans Essen geben, ist $\text{NaCl}$. Berechne seine Molekülmasse (Atommassen: $\text{Na} = 23\ \text{u}$; $\text{Cl} = 35,5\ \text{u}$).

Das Gas Stickstoff, $\text{N}_2$, wird verwendet, um Chipstüten zu füllen und die Chips knusprig zu halten. Berechne seine Molekülmasse (Atommasse: $\text{N} = 14\ \text{u}$).

Erkläre mit eigenen Worten den Unterschied zwischen Atommasse und Molekülmasse und nenne je ein Beispiel.

Die Schalen von Weichtieren und die Schultafelkreide bestehen aus Calciumcarbonat, $\text{CaCO}_3$. Die Abbildung zeigt die Atome, aus denen es besteht.

Berechne seine Molekülmasse (Atommassen: $\text{Ca} = 40\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

Glucose, $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$, ist der Zucker, den deine Muskeln beim Sport nutzen. Berechne ihre Molekülmasse (Atommassen: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

Schwefelsäure, $\text{H}_2\text{SO}_4$, wird in Autobatterien verwendet. Berechne ihre Molekülmasse (Atommassen: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{S} = 32\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

Das Erdgas in Küchen ist Methan, $\text{CH}_4$, und das Ammoniak in manchen Reinigungsmitteln ist $\text{NH}_3$. Die Abbildung zeigt ihre Moleküle.

1. a) Berechne die Molekülmasse von jedem der beiden.
2. b) Welches der beiden Moleküle ist schwerer?

(Atommassen: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{N} = 14\ \text{u}$.)

Die Molekülmasse von $\text{CO}_2$ beträgt $44\ \text{u}$ und die Atommasse von Sauerstoff $16\ \text{u}$. Betrachte das Modell in der Abbildung.

Bestimme, ohne ins Periodensystem zu schauen, die Atommasse von Kohlenstoff und erkläre, wie du vorgegangen bist.

Gelöschter Kalk, der auf Baustellen und im Garten verwendet wird, hat die Formel $\text{Ca(OH)}_2$. Die Abbildung zeigt seine Struktur.

Berechne seine Molekülmasse sorgfältig: Der Index $2$ außerhalb der Klammer multipliziert alles, was in der Klammer steht (Atommassen: $\text{Ca} = 40\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$; $\text{H} = 1\ \text{u}$).

Ein Sauerstoffmolekül, $\text{O}_2$, hat die Masse $32\ \text{u}$, ein Stickstoffmolekül, $\text{N}_2$, hat die Masse $28\ \text{u}$. Ein Wasserstoffmolekül, $\text{H}_2$, hat nur die Masse $2\ \text{u}$.

1. a) Wie viele Wasserstoffmoleküle braucht man zusammen, um dieselbe Masse wie ein Sauerstoffmolekül zu haben?
2. b) Und um dieselbe Masse wie ein Stickstoffmolekül zu haben?

Ordne diese Moleküle nach aufsteigender Molekülmasse, indem du zuerst die Masse jedes Moleküls berechnest: $\text{SO}_2$, $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$ und $\text{CH}_4$ (Atommassen: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$; $\text{S} = 32\ \text{u}$).

Die Molekülmasse von Calciumcarbonat, $\text{CaCO}_3$, beträgt $100\ \text{u}$. Der Balken in der Abbildung zeigt, wie sich diese Masse aufteilt.

1. a) Berechne, wie viel Prozent der Masse auf Calcium entfallen ($40\ \text{u}$).
2. b) Mache dasselbe für Kohlenstoff ($12\ \text{u}$) und für Sauerstoff (insgesamt drei Atome $16\ \text{u}$).
3. c) Überprüfe, dass die drei Prozentwerte zusammen $100\ \%$ ergeben.

Schwefeldioxid, $\text{SO}_2$, wird von Vulkanen freigesetzt und auch als Konservierungsmittel in Trockenfrüchten verwendet.

1. a) Berechne seine Molekülmasse ($\text{S} = 32\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).
2. b) Wie viel Prozent der Masse des Moleküls ist Schwefel? Und Sauerstoff?
3. c) Erkläre, warum die beiden Prozentwerte genau $100\ \%$ ergeben müssen.

Die Atommasse von Chlor im Periodensystem beträgt $35,5\ \text{u}$, aber kein Chloratom wiegt genau so viel: Manche Chloratome haben die Masse $35\ \text{u}$ und andere $37\ \text{u}$ (das sind die sogenannten Isotope). Die Abbildung stellt die beiden Atomsorten dar.

1. a) Erkläre mit eigenen Worten, wie es möglich ist, dass die Atommasse im Periodensystem $35,5\ \text{u}$ beträgt.
2. b) Begründe, welche der beiden Chloratomsorten in der Natur häufiger vorkommt.

Ein Salz aus einem Metall und Chlor hat die Formel $\text{XCl}_2$ und die Molekülmasse $111\ \text{u}$. Die Abbildung zeigt sein Modell.

1. a) Berechne mit der Angabe $\text{Cl} = 35,5\ \text{u}$ die Atommasse des Elements $\text{X}$.
2. b) Suche sie im Periodensystem und identifiziere das Element.
3. c) Schreibe den vollständigen Namen des Salzes auf.

Ein Glucosemolekül, $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$, hat die Molekülmasse $180\ \text{u}$.

1. a) Wie viele Wassermoleküle ($18\ \text{u}$) wiegen so viel wie ein Glucosemolekül?
2. b) Wie viele Wasserstoffmoleküle ($2\ \text{u}$)?
3. c) Führe dieselbe Rechnung mit Sauerstoff ($32\ \text{u}$) durch. Kommt eine ganze Zahl heraus? Erkläre, was es bedeutet, dass das Ergebnis nicht ganzzahlig ist.

Luft besteht ungefähr zu $80\ \%$ aus Stickstoff $\text{N}_2$ ($28\ \text{u}$) und zu $20\ \%$ aus Sauerstoff $\text{O}_2$ ($32\ \text{u}$). Die Abbildung stellt eine Luftprobe dar.

1. a) Berechne die mittlere Molekülmasse der Luft. Tipp: Gewichte jede Masse entsprechend ihrem Prozentanteil.
2. b) Ist ein Molekül $\text{CO}_2$ ($44\ \text{u}$) schwerer oder leichter als ein „mittleres“ Luftmolekül?
3. c) Begründe mit dem Ergebnis, warum sich in einem geschlossenen Raum ohne Luftzug, in dem $\text{CO}_2$ frei wird (zum Beispiel ein Weinkeller, in dem Most gärt), dieses Gas tendenziell in Bodennähe ansammelt.

Vergleiche ohne Waage, nur durch Rechnen:

1. a) Was ist schwerer: zwei Wassermoleküle (je $18\ \text{u}$) oder ein Sauerstoffmolekül ($32\ \text{u}$)?
2. b) Und drei Stickstoffmoleküle (je $28\ \text{u}$) oder zwei Kohlenstoffdioxidmoleküle (je $44\ \text{u}$)?
3. c) Erkläre das Verfahren, mit dem du sie verglichen hast.

Zwei geschlossene Beutel enthalten jeweils $100$ Moleküle: Der erste enthält Methan, $\text{CH}_4$, der zweite Schwefeldioxid, $\text{SO}_2$ (Atommassen: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$; $\text{S} = 32\ \text{u}$).

1. a) Berechne die Molekülmasse jedes Gases.
2. b) Wie viel wiegt in $\text{u}$ der Inhalt jedes Beutels?
3. c) Wie viel mal schwerer ist der eine Beutel als der andere? Begründe.