Verhältnisformel im virtuellen Labor: Magnesiumoxid

Aktualisiert am 2026-10-07

Dieser Versuch zur Verhältnisformel im virtuellen Labor bildet den klassischen Magnesiumoxid-Versuch aus GCSE, IGCSE, A-Level und IB Chemistry nach. Die Lernenden wägen Tiegel und Deckel, geben Magnesiumband hinzu, erhitzen es, heben dabei ab und zu den Deckel an und wiederholen Erhitzen, Abkühlen und Wägen, bis die Masse konstant ist. Aus den Massen von Magnesium und Sauerstoff berechnen sie Stoffmengen und bestimmen das einfachste ganzzahlige Verhältnis. Die Simulation zeigt auch, was schiefgeht, wenn der Deckel geschlossen bleibt oder abgenommen wird, und in einem zweiten Versuch wird das Kristallwasser in Kupfer(II)-sulfat-Hydrat bestimmt.

Verhältnisformel im Experiment – Magnesiumoxid, Kristallwasser und Elementaranalyse

Lehrplanbezug

AQA GCSE Chemistry 4.3.1.3 (Massenänderungen, wenn ein Edukt ein Gas ist) und 4.3.2 (Stoffmengen, höheres Niveau).
AQA A-level Chemistry 3.1.2.4 (Verhältnisformel und Molekülformel).
Cambridge IGCSE Chemistry 0620, Thema 3.3 (das Mol: Verhältnisformeln und Kristallwasser).
IB Chemistry Structure 1.4 (Teilchen über die Masse zählen) und AP Chemistry Thema 1.3 (Elementzusammensetzung reiner Stoffe).

Simulic ist weder mit AQA noch mit Cambridge, dem IB, dem College Board oder einer anderen Prüfungsstelle verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt.

Vor dem Experiment (5 min)

Lassen Sie die Lernenden sich auf eine Vorhersage festlegen, auf Papier oder als Frage 1 des Klassenlinks:

„Sie erhitzen 0,24 g Magnesiumband in einem Tiegel, bis alles reagiert hat. Wird die Masse von Tiegel und Inhalt größer, kleiner oder bleibt sie gleich?“

Viele Lernende sagen, sie wird kleiner, weil „das Magnesium verbrennt“. Korrigieren Sie sie noch nicht.

Durchführung in der Simulation

Lassen Sie Versuch auf „Magnesiumoxid (Mg verbrennen)“ und Masse Magnesium auf 0,24 g. Die Tabelle zeigt bereits den leeren Tiegel mit Deckel sowie Tiegel, Deckel und Magnesium.
Stellen Sie Deckel auf „leicht angehoben“ und klicken Sie auf Erhitzen starten. Das Magnesium glüht, solange es reagiert.
Wenn es nicht mehr glüht, klicken Sie auf Abkühlen und wägen. Die neue Masse erscheint in der Messwerttabelle.
Klicken Sie erneut kurz auf Erhitzen starten und dann auf Abkühlen und wägen. Wiederholen Sie das, bis die Statuszeile „Massenkonstanz“ meldet: Die letzten beiden Wägungen weichen höchstens 0,002 g voneinander ab.
Berechnen Sie die Masse Magnesium und die Masse Sauerstoff und daraus jeweils die Stoffmenge in mol (Ar: Mg = 24,31, O = 16,00). Geben Sie Ihre Formel unter Formel bestimmen ein und klicken Sie auf Prüfen.
Klicken Sie auf Neu starten und wiederholen Sie den Versuch mit Deckel „abgenommen“, dann mit Deckel „geschlossen“. Vergleichen Sie die Verhältnisse.
Optional: Wiederholen Sie die Schritte 2–4 mit 0,12 g und 0,36 g Magnesium und tragen Sie die Masse Sauerstoff gegen die Masse Magnesium auf.

Masse Mg (g)	Deckel	Tiegel + Deckel (g)	Tiegel + Deckel + Mg (g)	Konstante Endmasse (g)	Masse O (g)	mol O ÷ mol Mg
0,24	leicht angehoben
0,24	abgenommen
0,24	geschlossen

Versuch Magnesiumoxid mit Masse Magnesium 0,24 g und Deckel „leicht angehoben“ nach dem Erhitzen bis zur Massenkonstanz, die letzten beiden Zeilen der Messwerttabelle grün hervorgehoben und Rechenweg zeigen geöffnet mit „Verhältnisformel aus Ihren Messwerten: MgO“

Erwartete Ergebnisse

Werte aus der Simulation. Die Waage zeigt auf 0,001 g genau an, und ihre letzte Stelle schwankt um ±0,001 g, daher weichen die Gruppen leicht voneinander ab.

Deckel	Masse Mg (g)	Masse O (g)	mol O ÷ mol Mg	Was der Rechenweg meldet
leicht angehoben	0,241	0,154	0,97	MgO, keine Fehler im Ablauf
abgenommen	0,239	0,113	0,72	Rauch entwichen, Endmasse zu klein
geschlossen (5 min, dann 6,6 min)	0,242	0,080, dann 0,094	0,50, dann 0,59	nicht alles Mg hat reagiert; keine Massenkonstanz

Bei leicht angehobenem Deckel beträgt die Masse Sauerstoff 0,152–0,156 g für 0,24 g Magnesium, und das Verhältnis liegt nahe bei 1 : 1. Die Ausbeute an MgO beträgt etwa 99 %.
Die Masse Sauerstoff ist proportional zur Masse Magnesium: etwa 0,078 g für 0,12 g und 0,230 g für 0,36 g.
Kristallwasser: 2,50 g Kupfer(II)-sulfat-Hydrat, schwach erhitzt und im Exsikkator abgekühlt, verlieren 0,901 g Wasser (36,0 %). Daraus folgt x = 4,99, die Formel ist also CuSO₄·5H₂O.

Fragen für die Lernenden

(Vorhersage, nach dem Versuch erneut gestellt) Wie ändert sich die Masse von Tiegel und Inhalt, wenn darin Magnesium erhitzt wird?
Eine Klasse verwendet 0,12 g, 0,24 g und 0,36 g Magnesium. Was ist die abhängige Variable?
Welche Masse Sauerstoff wird bei 0,24 g Magnesium und leicht angehobenem Deckel gebunden?
Wie groß ist nach Ihren Massen die Stoffmenge Sauerstoff geteilt durch die Stoffmenge Magnesium?
Bei abgenommenem Deckel ist das Verhältnis Mg : O etwa 1 : 0,72. Warum?

Antworten für Lehrkräfte: (1) Sie nimmt um etwa 0,154 g zu, weil sich Sauerstoff aus der Luft mit dem Magnesium verbindet. (2) Die Masse des gebundenen Sauerstoffs (die Masse Magnesium ist die unabhängige Variable). (3) Etwa 0,154 g (akzeptiert 0,150 bis 0,160 g). (4) Etwa 0,97 (akzeptiert 0,94 bis 1,03), die Formel ist also MgO. (5) Weißer Magnesiumoxid-Rauch ist entwichen, daher sind die Endmasse und damit die Masse Sauerstoff zu klein.

Häufige Fehlvorstellungen

„Verbrennen macht Dinge leichter.“ Magnesium nimmt an Masse zu, weil es sich mit Sauerstoff verbindet. Die Masse bleibt erhalten, aber der Sauerstoff kommt aus der Luft, die nie auf der Waage lag.
„Deckel drauf lassen, damit nichts entweicht.“ Bei geschlossenem Deckel kommt zu wenig Luft hinein, und das Magnesium reagiert nur zur Hälfte. Der Deckel muss ab und zu angehoben werden.
„Ein Verhältnis von 0,97 bedeutet die Formel Mg₃₃O₃₂.“ Experimentelle Verhältnisse sind nie exakt. Runden Sie auf das einfachste ganzzahlige Verhältnis, das im Rahmen der Messunsicherheit passt.

Erweiterung

Stellen Sie Versuch auf „Kristallwasser“, wählen Sie Kupfer(II)-sulfat und bestimmen Sie x. Probieren Sie dann starkes Erhitzen aus oder entfernen Sie das Häkchen bei Im Exsikkator abkühlen, und lesen Sie den Fehler, den der Rechenweg meldet.
Elementaranalyse (A-Level und IB): Verbrennen Sie Ethylethanoat, bestimmen Sie die Massen von C, H und O aus dem gebundenen CO₂ und H₂O und ermitteln Sie mit dem Molekülion-Peak die Molekülformel.

Häufige Fragen

Warum liegt das Verhältnis etwas unter 1?

Bei leicht angehobenem Deckel entweicht etwa 1 % des Magnesiumoxids als Rauch, wie bei einem echten Tiegel. Das Verhältnis liegt trotzdem nahe genug bei 1 : 1, um MgO zu ergeben.

Berücksichtigt die Simulation Magnesiumnitrid?

Nein. Die kleine Menge Nitrid, die an der Luft entsteht, wird vernachlässigt. Fehler entstehen also nur durch den Deckel, unvollständiges Erhitzen und die Waage.

Wie lange dauert ein Durchgang?

Etwa 2 Minuten: 25 Sekunden Erhitzen erscheinen als 5 Minuten auf der Uhr. So bleibt Zeit für den Deckelvergleich und das Hydrat.