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15 alltägliche Chemie-Berechnungen: Mol, Lösungen, Verdünnungen, pH, Puffer, Titrationen, Härte und Gase. Mit Formel und Übungsaufgaben.

Stoffmenge und Lösungen

Masse und Stoffmenge (Mol)

Formeln = m ÷ M
g
g/mol
Stoffmenge (n)—mol
Stoffmenge (n)—mmol

M = Summe der Atommassen der Formel. Z. B. NaCl 58,44; NaOH 40,00; CaCO₃ 100,09; H₂SO₄ 98,08 g/mol.

Molarität und Normalität

Formelc = m ÷ (M × V)  ·  N = c × z
g
g/mol
mL
eq/mol
Molarität (c)—mol/L
Normalität (N)—eq/L

z = je Molekül ausgetauschte H⁺ bzw. OH⁻: HCl, NaOH = 1; H₂SO₄, Ca(OH)₂ = 2; H₃PO₄ = bis 3. V = Endvolumen im Messkolben.

Lösung ansetzen: Einwaage

Formelm = c × V × M × 100 ÷ p
mol/L
mL
g/mol
%
Einwaage (m)—g

Bei Hydraten die molare Masse des Hydrats nehmen (z. B. CuSO₄·5H₂O = 249,69 g/mol). Lösen, dann bis zur Marke auffüllen.

Verdünnung (C₁V₁ = C₂V₂)

FormelV₁ = C₂ × V₂ ÷ C₁  ·  VH₂O = V₂ − V₁
mol/L
mol/L
mL
Zu entnehmende Stammlösung (V₁)—mL
Zuzugebendes Wasser (VH₂O)—mL

Gleiche Einheiten für C₁ und C₂ (mol/L, mg/L, %…). Die Wassermenge ist nur ungefähr: besser im Messkolben bis zur Marke auffüllen.

Massenprozent und Dichte → mol/L

Formelc = w × ρ × 10 ÷ M  ·  b = w × 1000 ÷ (M × (100 − w))
% w/w
g/mL
g/mol
Stoffmengenkonzentration (c)—mol/L
Molalität (b)—mol/kg

Z. B. HCl 37 % ≈ 12 mol/L; H₂SO₄ 96 % ≈ 18 mol/L; NaOH 50 % ≈ 19 mol/L. Dichte aus dem Datenblatt bei der tatsächlichen Temperatur nehmen.

mol/L und Dichte → Massenprozent

Formelw = c × M ÷ (10 × ρ)  ·  β = c × M
mol/L
g/mol
g/mL
Massenanteil (w)—% w/w
Massenkonzentration (β)—g/L

Umkehrung der vorigen Berechnung. Bei verdünnten Lösungen (ρ ≈ 1) gilt % ≈ g/L ÷ 10.

mg/L, ppm, mmol/L und mval/L

Formelmmol/L = C ÷ M  ·  meq/L = mmol/L × z  ·  ppm = C ÷ ρ
mg/L
g/mol
kg/L
Stoffmengenkonzentration—mmol/L
Äquivalentkonzentration—mval/L
Massenanteil—ppm

In verdünntem Wasser (ρ ≈ 1 kg/L) gilt mg/L = ppm. Z. B. Ca²⁺ 40,08 g/mol, z = 2; Mg²⁺ 24,31, z = 2; Na⁺ 22,99, z = 1; Cl⁻ 35,45, z = 1.

Mittlere molare Masse eines Gemisches

FormelM̄ = Σ(yᵢ × Mᵢ) ÷ Σyᵢ  ·  w₁ = y₁ × M₁ ÷ Σ(yᵢ × Mᵢ)
mol %
g/mol
mol %
g/mol
mol %
g/mol
Mittlere molare Masse (M̄)—g/mol
Massenanteil Komponente 1 (w₁)—% w/w

Vorgabe: trockene Luft (N₂, O₂, Ar) → 28,96 g/mol. Für fehlende Komponenten 0 eingeben. Anteile werden normiert, wenn die Summe nicht 100 ist.

pH, Säuren, Basen und Titrationen

pH einer starken Säure oder Base

FormelpH = −log₁₀[H⁺]  ·  pOH = −log₁₀[OH⁻]  ·  pH + pOH = 14  (25 °C)
mol/L
pH—
pOH—

Vollständige Dissoziation, Aktivitäten vernachlässigt, 25 °C (Kw = 10⁻¹⁴). Gültig von 10⁻⁶ bis etwa 0,1 mol/L. H₂SO₄ mit z = 2 ist eine Näherung.

Puffer-pH (Henderson-Hasselbalch)

FormelpH = pKa + log₁₀([A⁻] ÷ [HA])
mol/L
mol/L
pH—
Verhältnis [A⁻] ÷ [HA]—

pKa bei 25 °C, Aktivitäten vernachlässigt. Ein Puffer wirkt bei pKa ± 1; jenseits eines Verhältnisses 10:1 puffert er kaum noch.

Titration: unbekannte Konzentration

FormelCₓ = Ct × Vt × r ÷ Vₓ  ·  β = Cₓ × M
mol/L
mL
mL
g/mol
Konzentration der Probe (Cₓ)—mol/L
Massenkonzentration (β)—g/L

r folgt aus der ausgeglichenen Gleichung: HCl + NaOH → r = 1; H₂SO₄ mit NaOH titriert → r = 0,5; Na₂CO₃ mit HCl bis pH 4,5 → r = 0,5.

Wasserhärte als CaCO₃

FormelTH = 2,497 × Ca + 4,118 × Mg
mg/L
mg/L
Gesamthärte (TH)—mg/L CaCO₃
Calciumhärte—mg/L CaCO₃
Magnesiumhärte—mg/L CaCO₃
Gesamthärte (TH)—mmol/L

Weich: unter 60; mittel: 60 bis 120; hart: 120 bis 180; sehr hart: über 180 mg/L CaCO₃. 1 °dH = 17,8 mg/L CaCO₃; 1 °f = 10 mg/L.

Gase und Reaktionen

Ideales Gas: PV = nRT

Formeln = P × V ÷ (R × T)  ·  m = n × M  (T [K])
kPa
L
°C
g/mol
Gasmenge (n)—mol
Gasmasse (m)—g

kPa × L = J, daher R = 8,314. Bei 0 °C und 101,325 kPa nimmt 1 mol 22,41 L ein; bei 25 °C 24,47 L. Absolutdruck, nicht Überdruck.

Allgemeine Gasgleichung

FormelV₂ = V₁ × (P₁ ÷ P₂) × (T₂ ÷ T₁)  (T [K])
L
kPa
°C
kPa
°C
Endvolumen (V₂)—L

Gleiche Gasmenge, Absolutdrücke. Temperaturen werden in Kelvin umgerechnet (T + 273,15).

Ausbeute einer Reaktion

Formelmth = (mR ÷ MR) × ν × MP  ·  η = mobt ÷ mth × 100
g
g/mol
g/mol
g
Theoretische Masse (mth)—g
Ausbeute (η)—%

Vom limitierenden Edukt ausgehen (das am wenigsten Produkt liefert). Vorgabe: Ethanol → Ethylacetat (ν = 1). Über 100 %: Produkt feucht oder unrein.

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