Ausgleichen von Reaktionsgleichungen - Chemie


Ausgleichen von Reaktionsgleichungen - Chemie
Ausgleichen von Reaktionsgleichungen - Chemie
Einleitung
Eine Reaktionsgleichung beschreibt eine chemische Reaktion mit Formeln. Links stehen die Edukte, rechts die Produkte. Der Reaktionspfeil zeigt von den Ausgangsstoffen zu den entstehenden Stoffen.
Eine Gleichung ist erst dann ausgeglichen, wenn von jedem Element auf beiden Seiten gleich viele Atome vorkommen. Beim Ausgleichen veränderst Du nur die großen Zahlen vor den Formeln. Diese Zahlen heißen stöchiometrische Koeffizienten. Die kleinen tiefgestellten Zahlen in einer Formel bleiben unverändert.

Das Bild zeigt die Verbrennung von Methan als Teilchenmodell. Die Atome werden während der Reaktion neu angeordnet, aber nicht erzeugt oder vernichtet.
Lernziele
Nach diesem aiMOOC kannst Du:
- Reaktionsgleichungen lesen und ihre Bestandteile benennen.
- stöchiometrische Koeffizienten von Indizes unterscheiden.
- einfache und mittelschwere Reaktionsgleichungen systematisch ausgleichen.
- eine Atombilanz zur Kontrolle erstellen.
- den Zusammenhang zwischen Atomerhaltung und Massenerhaltung erklären.
- typische Fehler beim Ausgleichen erkennen und verbessern.
Grundlagen
Edukte, Produkte und Reaktionspfeil
Eine Wortgleichung nennt die Stoffe mit ihren Namen:
Wasserstoff + Sauerstoff → Wasser
Die Formelgleichung verwendet chemische Formeln:
Links vom Pfeil stehen die Edukte Wasserstoff und Sauerstoff. Rechts steht das Produkt Wasser. Die Formelgleichung ist noch nicht ausgeglichen, weil links zwei Sauerstoffatome, rechts aber nur ein Sauerstoffatom vorkommen.
Die ausgeglichene Gleichung lautet:


Koeffizient und Index
Bei haben die Zahlen verschiedene Aufgaben:
- Der Koeffizient 2 vor der Formel bedeutet: Es sind zwei Wassermoleküle gemeint.
- Der Index 2 in gehört fest zur Stoffformel. Ein Wassermolekül enthält zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom.
Wichtige Regel: Beim Ausgleichen darfst Du Koeffizienten verändern, aber keine Indizes. Aus darf also nicht werden, denn Wasserstoffperoxid ist ein anderer Stoff.
Warum muss eine Reaktionsgleichung ausgeglichen sein?
Bei einer chemischen Reaktion werden Atome neu verbunden. Die Anzahl der Atome jedes Elements bleibt dabei erhalten. Deshalb muss die Atombilanz auf beiden Seiten übereinstimmen.
Dieses Prinzip hängt mit dem Massenerhaltungssatz zusammen: In einem geschlossenen System ist die Gesamtmasse der Edukte gleich der Gesamtmasse der Produkte. Antoine Lavoisier überprüfte die Massenerhaltung mit sorgfältigen Wägungen.

Merksatz: Eine Reaktionsgleichung wird nicht durch Ändern der Stoffformeln, sondern durch Anpassen der Anzahl der Teilchen ausgeglichen.
Methode zum Ausgleichen
Schritt-für-Schritt-Verfahren
- Formeln prüfen: Stelle sicher, dass die Formeln aller Edukte und Produkte richtig sind.
- Atome zählen: Zähle für jedes Element die Atome links und rechts.
- Mit einem geeigneten Stoff beginnen: Starte häufig mit einem Element, das nur in je einem Stoff auf jeder Seite vorkommt.
- Koeffizienten setzen: Schreibe ganze Zahlen vor die Formeln.
- Wasserstoff und Sauerstoff zuletzt prüfen: Sie kommen oft in mehreren Stoffen vor.
- Kürzen: Verwende am Ende die kleinsten möglichen ganzen Zahlen.
- Kontrollieren: Erstelle eine vollständige Atombilanz.
Beispiel 1: Bildung von Wasser
Unvollständig:
Zuerst wird der Sauerstoff ausgeglichen. Vor Wasser kommt eine 2:
Nun stehen rechts vier Wasserstoffatome. Deshalb kommt vor Wasserstoff ebenfalls eine 2:
| Element | Eduktseite | Produktseite |
|---|---|---|
| Wasserstoff | 4 | 4 |
| Sauerstoff | 2 | 2 |
Die Gleichung ist ausgeglichen.
Beispiel 2: Verbrennung von Magnesium
Magnesium reagiert mit Sauerstoff zu Magnesiumoxid:
Sauerstoff kommt links zweimal und rechts einmal vor. Setze deshalb zunächst eine 2 vor Magnesiumoxid:
Nun werden rechts zwei Magnesiumatome benötigt. Setze eine 2 vor Magnesium:

Sicherheit: Brennendes Magnesium leuchtet extrem hell. Dieser Versuch gehört in die fachkundige Hand einer Lehrkraft. Blicke nicht direkt in die Flamme.
Beispiel 3: Bildung von Eisenoxid
Aus Eisen und Sauerstoff entsteht Eisen(III)-oxid:
Ein passender Zwischenschritt ist, vor Eisen(III)-oxid eine 2 zu setzen. Rechts stehen dann sechs Sauerstoffatome und vier Eisenatome:
Nun werden links drei Sauerstoffmoleküle und vier Eisenatome benötigt:

Rost ist ein Gemisch verschiedener Eisenoxide und Eisenoxidhydroxide. Die Gleichung oben ist deshalb ein vereinfachtes Schulmodell für die Bildung von Eisen(III)-oxid.
Beispiel 4: Verbrennung von Methan
Methan reagiert mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser:
Kohlenstoff ist bereits ausgeglichen. Für vier Wasserstoffatome werden rechts zwei Wassermoleküle benötigt:
Rechts stehen jetzt insgesamt vier Sauerstoffatome. Deshalb werden links zwei Sauerstoffmoleküle benötigt:
-
Methan: CH₄
-
Sauerstoff: O₂
-
Kohlenstoffdioxid: CO₂
-
Wasser: H₂O
Beispiel 5: Verbrennung von Propan
Unvollständig:
Zuerst wird Kohlenstoff ausgeglichen: Vor Kohlenstoffdioxid kommt eine 3. Danach wird Wasserstoff ausgeglichen: Vor Wasser kommt eine 4.
Rechts stehen nun zehn Sauerstoffatome. Links werden daher fünf Sauerstoffmoleküle benötigt:
Kontrollmethoden
Atombilanz
Eine Atombilanz ist eine Tabelle, in der Du die Atomzahlen beider Seiten vergleichst. Für die Methanverbrennung ergibt sich:
| Element | Rechnung links | Atome links | Rechnung rechts | Atome rechts |
|---|---|---|---|---|
| Kohlenstoff | 1 · 1 | 1 | 1 · 1 | 1 |
| Wasserstoff | 1 · 4 | 4 | 2 · 2 | 4 |
| Sauerstoff | 2 · 2 | 4 | 1 · 2 + 2 · 1 | 4 |
Stimmen alle Zeilen überein, ist die Gleichung atomar ausgeglichen.
Probe mit der Gesamtladung
Bei Reaktionen mit Ionen muss zusätzlich zur Atomzahl auch die Gesamtladung links und rechts gleich sein. Für viele Aufgaben im Anfangsunterricht genügt zunächst die Atombilanz. Später brauchst Du die Ladungsbilanz besonders bei Redoxreaktionen und Säure-Base-Reaktionen.
Kleinste ganze Zahlen
Die Gleichung
ist zwar atomar richtig, aber nicht vollständig gekürzt. Alle Koeffizienten lassen sich durch 2 teilen. Üblich ist daher:
Der Koeffizient 1 wird normalerweise nicht geschrieben.
Typische Fehler
Indizes verändern
Falsch wäre:
Damit würdest Du aus dem Produkt Wasser den anderen Stoff Wasserstoffperoxid machen. Richtig ist:
Nur ein Element kontrollieren
Eine Änderung kann ein Element ausgleichen und gleichzeitig ein anderes wieder unausgeglichen machen. Kontrolliere deshalb am Ende immer alle Elemente.
Elementare Gase falsch schreiben
Einige Elemente treten unter üblichen Bedingungen als zweiatomige Moleküle auf, zum Beispiel , , , , , und . Die korrekte Stoffformel muss schon vor dem Ausgleichen feststehen.
Zu früh mit Dezimalzahlen arbeiten
Für Schulaufgaben werden meist kleine ganze Koeffizienten erwartet. Falls Du vorübergehend einen Bruch verwendest, multipliziere am Ende alle Koeffizienten mit einem gemeinsamen Faktor, sodass nur ganze Zahlen übrig bleiben.
Weitere Anwendungen
Zerlegung von Wasser
Bei der Elektrolyse kann Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden:
Das Zahlenverhältnis 2 : 1 : 2 beschreibt die Stoffmengenverhältnisse von Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff.
Salze und Formeleinheiten
Ionische Stoffe wie Natriumchlorid bestehen nicht aus einzelnen Molekülen, sondern aus einem Ionengitter. Trotzdem werden die Formeleinheiten in Reaktionsgleichungen mit Koeffizienten bilanziert.

Beispiel:
Verbindung zur Stöchiometrie
Die ausgeglichene Reaktionsgleichung liefert Mengenverhältnisse. Aus
folgt: Zwei Stoffmengenanteile Wasserstoff reagieren mit einem Stoffmengenanteil Sauerstoff zu zwei Stoffmengenanteilen Wasser. Diese Verhältnisse sind die Grundlage für Rechnungen mit Stoffmenge, Mol, molarer Masse und Stöchiometrie.
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Warum werden Reaktionsgleichungen ausgeglichen? (Damit von jedem Element auf beiden Seiten gleich viele Atome stehen) (!Damit alle Stoffe dieselbe Formel erhalten) (!Damit der Reaktionspfeil verschwindet) (!Damit nur ein Produkt entsteht)
Wie heißt die große Zahl vor einer chemischen Formel? (Koeffizient) (!Index) (!Elementsymbol) (!Ladungszeichen)
Welche Zahl darf beim Ausgleichen nicht verändert werden? (Der Index in der Stoffformel) (!Der Koeffizient vor der Stoffformel) (!Die Zahl der Teilchen) (!Der gemeinsame Kürzungsfaktor)
Welche Gleichung beschreibt die ausgeglichene Bildung von Wasser? (2 H2 + O2 → 2 H2O) (!H2 + O2 → H2O) (!H2 + 2 O2 → H2O) (!2 H2 + 2 O2 → H2O)
Welcher Koeffizient steht bei der Methanverbrennung vor O2? (2) (!1) (!3) (!4)
Welches Gesetz begründet die gleiche Gesamtmasse vor und nach einer Reaktion im geschlossenen System? (Massenerhaltungssatz) (!Ohmsches Gesetz) (!Hebelgesetz) (!Reflexionsgesetz)
Welche Gleichung für Magnesiumoxid ist ausgeglichen? (2 Mg + O2 → 2 MgO) (!Mg + O2 → MgO) (!Mg + 2 O2 → MgO) (!2 Mg + 2 O2 → MgO)
Was geschieht mit den Atomen bei einer chemischen Reaktion? (Sie werden neu angeordnet) (!Sie verschwinden vollständig) (!Sie werden in Energiezeichen umgewandelt) (!Sie wechseln ihre Elementsorte)
Auf welcher Seite einer Reaktionsgleichung stehen die Edukte? (Links vom Reaktionspfeil) (!Rechts vom Reaktionspfeil) (!Über dem Reaktionspfeil) (!Unter dem Reaktionspfeil)
Warum wird der Koeffizient 1 meist nicht geschrieben? (Er ist selbstverständlich und kann weggelassen werden) (!Er ist in Reaktionsgleichungen verboten) (!Er verändert die Stoffformel) (!Er steht immer als Index)
Memory
| Edukte | Ausgangsstoffe |
| Produkte | Endstoffe |
| Koeffizient | Zahl vor einer Formel |
| Index | Zahl innerhalb einer Formel |
| Reaktionspfeil | Richtung der Stoffumwandlung |
| Massenerhaltung | gleiche Gesamtmasse im geschlossenen System |
| Atombilanz | Vergleich aller Atomzahlen |
| Sauerstoffmolekül | O2 |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Thema |
|---|---|
| Koeffizient | große Zahl vor der Formel |
| Index | kleine Zahl in der Formel |
| Eduktseite | linke Seite der Gleichung |
| Produktseite | rechte Seite der Gleichung |
| Atombilanz | Kontrolle der Elementanzahlen |
| Kürzen | kleinste ganze Zahlen herstellen |
Eine Gleichung gilt erst dann als ausgeglichen, wenn jede Zuordnung in der Atombilanz erfüllt ist.
Kreuzworträtsel
| Koeffizient | Wie heißt die Zahl vor einer chemischen Formel? |
| Index | Wie heißt eine kleine Zahl innerhalb einer Stoffformel? |
| Edukte | Wie heißen die Ausgangsstoffe einer Reaktion? |
| Produkte | Wie heißen die entstehenden Stoffe einer Reaktion? |
| Lavoisier | Welcher Chemiker ist eng mit dem Massenerhaltungssatz verbunden? |
| Atombilanz | Wie heißt der Vergleich der Atomzahlen auf beiden Seiten? |
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Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Atomzähler: Markiere in drei vorgegebenen Reaktionsgleichungen jedes Element mit einer eigenen Farbe und zähle die Atome auf beiden Seiten.
- Fehlersuche: Erfinde eine absichtlich falsch ausgeglichene Gleichung und erkläre, woran man den Fehler erkennt.
- Teilchenmodell: Lege die Bildung von Wasser mit Papierkreisen oder Bausteinen als Atome nach und fotografiere die ausgeglichene Anordnung.
- Merkkarte: Gestalte eine Lernkarte zum Unterschied zwischen Koeffizient und Index.
Standard
- Erklärposter: Erstelle ein Poster mit dem Schritt-für-Schritt-Verfahren und mindestens zwei vollständig kontrollierten Beispielen.
- Lernvideo: Produziere ein kurzes Video, in dem Du die Gleichung der Methanverbrennung ausgleichst und jeden Schritt begründest.
- Versuchsbeobachtung: Dokumentiere eine von der Lehrkraft durchgeführte Magnesiumverbrennung und leite die Reaktionsgleichung aus Edukten und Produkt ab.
- Kartenspiel: Entwickle Karten mit unausgeglichenen Gleichungen und passende Lösungskarten für eine Lerngruppe.
Schwer
- Ausgleichsalgorithmus: Formuliere einen Algorithmus in Alltagssprache oder als Flussdiagramm, der einfache Reaktionsgleichungen systematisch ausgleicht.
- Stöchiometrieprojekt: Berechne mit molaren Massen die Massenbilanz einer vollständig ausgeglichenen Reaktion und erkläre die Massenerhaltung.
- Berufsinterview: Befrage eine Person aus Labor, Technik oder Ausbildung dazu, warum korrekte Reaktionsgleichungen im Arbeitsalltag wichtig sind.
- Lernstation: Plane eine Station mit Teilchenmodell, Atombilanz, Selbstkontrolle und gestuften Hilfen für jüngere Lernende.


Lernkontrolle
- Strategievergleich: Gleiche aus und begründe die Reihenfolge Deiner Schritte.
- Fehleranalyse: Eine Person schreibt . Erkläre fachlich, warum dies kein zulässiges Ausgleichen ist, und korrigiere die Gleichung.
- Transfer auf Verbrennungen: Leite eine allgemeine Strategie für die vollständige Verbrennung eines Kohlenwasserstoffs aus den Beispielen Methan und Propan ab.
- Modellkritik: Erkläre, was ein Teilchenmodell beim Ausgleichen gut zeigt und welche Eigenschaften realer Stoffe es nicht darstellt.
- Alltagsbezug: Wähle Rostbildung, Verbrennung oder Elektrolyse und erkläre den Zusammenhang zwischen sichtbarer Stoffumwandlung und unsichtbarer Atomerhaltung.
- Ladungsbilanz: Beschreibe, warum bei Ionengleichungen die gleiche Atomzahl allein noch nicht genügt.
Lernnachweis
Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig, dass Du:
- Fachbegriffe wie Edukt, Produkt, Koeffizient, Index und Atombilanz sicher verwendest.
- chemische Formeln unverändert lässt und nur Koeffizienten anpasst.
- mindestens drei unterschiedlich schwierige Reaktionsgleichungen korrekt ausgleichst.
- für jede Lösung eine vollständige Atomkontrolle zeigst.
- die kleinsten ganzen Koeffizienten angibst.
- einen typischen Fehler analysierst und fachlich korrigierst.
- den Zusammenhang zwischen Atomerhaltung, Massenerhaltung und Stoffmengenverhältnis erklärst.
- Deine Lösungsstrategie verständlich und nachvollziehbar dokumentierst.
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