## 541 **B) $Fe_2(SO_4)_3$** Eisen(III)sulfat enthält Eisen in der Oxidationsstufe +3 ($Fe^{3+}$) und Sulfat-Ionen ($SO_4^{2-}$). Da jedes $Fe^{3+}$-Ion drei positive Ladungen und jedes $SO_4^{2-}$-Ion zwei negative Ladungen trägt, werden für einen Ladungsausgleich zwei Eisen(III)-Ionen und drei Sulfat-Ionen benötigt. Die anderen Optionen sind falsch, da sie entweder falsche Verhältnisse zwischen Eisen und Sulfat aufweisen oder das Sulfat-Ion falsch als $SO_2$ oder $SO_3$ darstellen. Das Sulfat-Ion hat immer die Zusammensetzung $SO_4^{2-}$ und nicht $SO_2$ oder $SO_3$. ## 542 **E) 34 g** Um die maximale Ausbeute an $NH_3$ zu berechnen, stellen wir zunächst die Reaktionsgleichung auf: $3H_2 + N_2 \rightarrow 2NH_3$. Aus den 6 g Wasserstoff ($H_2$) können wir die Stoffmenge berechnen: $n(H_2) = 6\text{ g} \div 2\text{ g/mol} = 3\text{ mol}$. Diese 3 mol $H_2$ reagieren gemäß der Stöchiometrie zu 2 mol $NH_3$ (Verhältnis 3:2). Die molare Masse von $NH_3$ beträgt 17 g/mol (14 g + 3 × 1 g). Somit ergibt sich die maximale Ausbeute zu: $2\text{ mol} \times 17\text{ g/mol} = 34\text{ g}$ $NH_3$ ## 543 **B) $CaSO_4$** Gips ist ein Calciumsalz der Schwefelsäure ($H_2SO_4$) und hat die chemische Formel $CaSO_4$. Dabei bildet das zweiwertige Calcium-Ion ($Ca^{2+}$) mit dem zweifach negativ geladenen Sulfat-Ion ($SO_4^{2-}$) eine ionische Verbindung. Die falschen Optionen enthalten entweder andere Kationen (Kalium $K^+$ oder Natrium $Na^+$) oder ein falsches Anion (Carbonat $CO_3^{2-}$). Die Option D ist chemisch nicht möglich, da $CaCO_4$ keine existierende Verbindung ist. Gips kommt in der Natur häufig als Dihydrat ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$) vor und findet wichtige Anwendungen im Bauwesen und in der Medizin. ## 544 **C) Bei chemischen Reaktionen bleibt die Summe der Massen der beteiligten Reaktionspartner immer konstant.** Diese Aussage beschreibt das fundamentale Gesetz der Massenerhaltung: Bei chemischen Reaktionen können Atome weder entstehen noch verschwinden - sie werden nur neu angeordnet. Die Gesamtmasse aller Ausgangsstoffe (Edukte) ist daher immer gleich der Gesamtmasse aller Produkte. Die anderen Optionen sind falsch: Nicht alle Reaktionen sind exotherm (A), Druck und Temperatur beeinflussen sehr wohl Reaktionen (B), die Reaktionsgeschwindigkeit variiert stark (D), und das Gesamtvolumen kann sich durchaus ändern, etwa wenn aus flüssigen Edukten gasförmige Produkte entstehen (E). ## 545 **D) $Fe_2O_3$** Die Formel $Fe_2O_3$ für Eisen(III)-oxid ergibt sich aus der Wertigkeit des Eisens und der Ladungsbilanz. Da Eisen hier in der Oxidationsstufe +3 vorliegt (Eisen(III)) und Sauerstoff die Oxidationsstufe -2 hat, werden 2 Eisenatome (zusammen +6) und 3 Sauerstoffatome (zusammen -6) benötigt, um eine neutrale Verbindung zu bilden. Die anderen Formeln sind falsch: $FeO_3$ würde die Ladungsbilanz nicht ausgleichen, $Fe_3O_2$ hätte zu viele Eisenatome, $FeO$ wäre Eisen(II)-oxid mit Eisen in der Oxidationsstufe +2, und $Fe_3O$ existiert in dieser Form nicht. ## 546 **C) $NaHCO_3$** Natriumhydrogencarbonat (Speisesoda) hat die chemische Formel $NaHCO_3$. Sie enthält ein Natrium-Ion ($Na^+$) und ein Hydrogencarbonat-Ion ($HCO_3^-$). Die anderen Optionen sind falsch: $KHCO_3$ ist Kaliumhydrogencarbonat, $NaKCO_3$ existiert nicht als Verbindung, $Na_2CO_3$ ist Natriumcarbonat (Soda) und $K_2CO_3$ ist Kaliumcarbonat. Der Unterschied zwischen Natriumhydrogencarbonat und Natriumcarbonat liegt im zusätzlichen Wasserstoff-Ion im Molekül, was auch die unterschiedlichen Eigenschaften und Verwendungen dieser Verbindungen erklärt. ## 547 **E) 70%** Um den Eisenanteil in $Fe_2O_3$ zu berechnen, bestimmen wir zuerst die molare Masse der Verbindung: 2 × 56 g/mol (Fe) + 3 × 16 g/mol (O) = 160 g/mol. Die Masse des Eisens beträgt 112 g/mol (2 × 56 g/mol). Der prozentuale Eisenanteil ergibt sich aus der Division der Eisenmasse durch die Gesamtmasse multipliziert mit 100: $\frac{112\text{ g/mol}}{160\text{ g/mol}} \times 100 = 70\%$ Die anderen Optionen sind deutlich zu hoch angesetzt, was häufig durch Rechenfehler wie falsches Einsetzen der Molmassen oder Vernachlässigung der Stöchiometrie (2 Fe-Atome, 3 O-Atome) zustande kommt. ## 548 **C) $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$** Bei einer chemischen Reaktionsgleichung muss die Anzahl der Atome auf beiden Seiten gleich sein (Massenerhaltung). In der korrekten Gleichung $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$ haben wir links 4 H-Atome (in zwei $H_2$-Molekülen) und 2 O-Atome (in einem $O_2$-Molekül). Rechts finden wir ebenfalls 4 H-Atome und 2 O-Atome (in zwei $H_2O$-Molekülen). Die anderen Optionen sind falsch, weil die Atomanzahl nicht ausgeglichen ist: Bei A fehlen rechts H-Atome, bei B ist $O$ als Einzelatom unrealistisch, bei D stimmt die H-Bilanz nicht, und bei E ist Sauerstoff fälschlicherweise als Einzelatome dargestellt, was in der Natur kaum vorkommt. ## 549 **C) E für Eisen ** Das chemische Symbol für Eisen ist Fe (von lateinisch "ferrum"), nicht E. Die Zuordnung "E für Eisen" ist daher falsch. Chemische Elemente haben international festgelegte Symbole, die oft aus den ersten Buchstaben ihrer lateinischen Namen abgeleitet sind. Die anderen Zuordnungen sind korrekt: Na (Natrium), Cl (Chlor), K (Kalium, von lateinisch "kalium") und O (Sauerstoff, von englisch "oxygen"). Viele Elemente haben Symbole, die nicht direkt vom deutschen Namen abgeleitet sind, sondern von ihren lateinischen oder griechischen Bezeichnungen, was manchmal zu Verwechslungen führen kann. ## 550 **B) 1,0 mol** Um die benötigte Sauerstoffmenge zu berechnen, bestimme ich zuerst die Stoffmenge des Methans: 8 g CH₄ ÷ 16 g/mol = 0,5 mol CH₄. Laut Reaktionsgleichung (CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O) reagiert 1 mol CH₄ mit 2 mol O₂. Für 0,5 mol CH₄ benötige ich daher 0,5 mol × 2 = 1,0 mol O₂. Die stöchiometrischen Verhältnisse sind entscheidend: Das Verhältnis CH₄:O₂ beträgt 1:2, weshalb für die Hälfte eines Mols Methan genau 1 mol Sauerstoff erforderlich ist. Die anderen Antwortoptionen berücksichtigen dieses Verhältnis nicht korrekt. ## 551 **C) Cl₂** Chlor (Cl₂) ist ein zweiatomiges Element, das in der Natur als Molekül vorkommt. Es besteht aus zwei Chloratomen, die durch eine kovalente Bindung miteinander verbunden sind. Wichtig ist, dass beide Atome zum selben chemischen Element gehören, was die Definition eines zweiatomigen Elements erfüllt. Die anderen Optionen sind falsch, weil Na₂ in der Natur nicht als Molekül vorkommt (Natrium liegt als Metall vor), während CO₂, H₂O und CH₄ zwar Moleküle sind, aber aus verschiedenen Elementen bestehen. Ein zweiatomiges Element muss aus genau zwei Atomen desselben Elements bestehen. Weitere Beispiele für zweiatomige Elemente sind Wasserstoff (H₂), Sauerstoff (O₂) und Stickstoff (N₂). ## 552 **C) 32 g** Um die benötigte Sauerstoffmenge zu berechnen, nutze ich die Reaktionsgleichung $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$ und die Stoffmengenverhältnisse. Bei 4 g Wasserstoff berechne ich zunächst die Stoffmenge: $n(H_2) = \frac{4 \text{ g}}{2 \text{ g/mol}} = 2 \text{ mol}$ Laut Reaktionsgleichung reagieren 2 mol $H_2$ mit 1 mol $O_2$, also werden hier 1 mol Sauerstoff benötigt. Die molare Masse von $O_2$ beträgt $2 \cdot 16 \text{ g/mol} = 32 \text{ g/mol}$. Somit ergibt sich: $m(O_2) = 1 \text{ mol} \cdot 32 \text{ g/mol} = 32 \text{ g}$ Die anderen Antwortoptionen berücksichtigen entweder nicht das korrekte Stoffmengenverhältnis oder verwenden falsche molare Massen. ## 553 **B) 27,3%** Der Massenanteil eines Elements in einer Verbindung berechnet sich aus dem Verhältnis der Masse des Elements zur Gesamtmasse der Verbindung. Für Kohlenstoff in $CO_2$ gilt: Die molare Masse von $CO_2$ beträgt $12 + 2 \times 16 = 44$ g/mol. Der Kohlenstoffanteil ist somit $\frac{12}{44} \times 100\% = 27,3\%$ Die anderen Antwortoptionen sind falsch, weil sie entweder nur den Massenanteil von C ohne Berücksichtigung der Gesamtmasse (A), ein falsches Verhältnis (C), den Massenanteil in anderen Kohlenstoffverbindungen wie $CH_4$ (D) oder ein einfaches Verhältnis der Atomanzahlen statt der Massen (E) darstellen.