Kako narediti stehiometrijo (s slikami)

2024 Avtor: Jason Gerald | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-15 08:23

Pri kemični reakciji snovi ne moremo niti ustvariti niti uničiti, zato morajo biti produkti reakcije enaki številu reaktantov v reakciji. Stehiometrija je preučevanje količinskega razmerja elementov v reakciji, ki vključuje izračun mase reaktantov in produktov v njih. Stehiometrija je kombinacija matematike in kemije in se uporablja na podlagi enega preprostega zgoraj navedenega načela, da se snov v reakciji nikoli ne poveča ali zmanjša. Prvi korak pri reševanju katerega koli kemijskega problema je uravnoteženje enačb.

Korak

1. del od 4: Uravnoteženje kemičnih enačb

Korak 1. Na obe strani enačbe zapišite število atomov, ki sestavljajo vsako spojino

Kemijske enačbe vam lahko pomagajo prepoznati atome vsakega elementa v reakciji. Pri kemični reakciji snovi ne moremo niti ustvariti niti uničiti, zato naj bi bila enačba neenaka, če število (in vrste) sestavnih atomov na obeh straneh enačbe nista popolnoma enaka.

• Ne pozabite pomnožiti števila atomov s koeficientom ali številom pod črto, če ga imate.
• Na primer, H.₂TAKO₄ + Fe - Fe₂(TAKO₄)₃ + H₂
• Na levi strani (reaktanti) enačbe sta 2 H, 1 S, 4 O in 1 Fe.
• Na desni (produktni) strani enačbe sta 2 H, 3 S, 12 O in 2 Fe.

Korak 2. Dodajte koeficiente pred elemente, ki niso kisik in vodik, da uravnotežite obe strani enačbe

Poiščite najmanjši skupni večkratnik elementov razen kisika in vodika, da izenačite število atomov na obeh straneh enačbe.

• Na primer, najmanj skupni večkratnik (LCM) med 2 in 1 je 2 za Fe. Torej, dodajte številko 2 pred elementom Fe na levi strani, da ga uravnotežite.
• LCM med 3 in 1 je 3 za element S. Torej dodajte številko 3 pred spojino H₂TAKO₄ za uravnoteženje desne in leve strani enačbe.
• Na tej stopnji bo enačba zgornjega primera: 3 H₂TAKO₄ + 2 Fe - Fe₂(TAKO₄)₃ + H₂

Korak 3. Uravnotežite atome vodika in kisika

Število vodikovih in kisikovih atomov je nazadnje uravnoteženo, ker sta na splošno prisotna v več molekulah na obeh straneh enačbe. V koraku uravnoteženja te enačbe ne pozabite ponovno izračunati atomov, potem ko dodate koeficiente pred molekule.

• V tem primeru dodamo številko 3 pred spojino H₂TAKO₄, tako da je zdaj na levi strani 6 atomov vodika, na desni strani enačbe pa le 2 vodikova atoma. Trenutno imamo tudi 12 atomov kisika na levi strani in 12 atomov kisika na desni strani, zato so atomi kisika enakovredni.
• Atome vodika lahko uravnotežimo tako, da pred H dodamo številko 3₂.
• Končna enačba po uravnoteženju je 3 H₂TAKO₄ + 2 Fe - Fe₂(TAKO₄)₃ + 3 H₂.

Korak 4. Preštejte atome na obeh straneh enačbe, da se prepričate, da so enaki

Ko končate, ponovno izračunajte in dvakrat preverite, ali je enakost pravi korak. To lahko storite tako, da seštejete vse atome na obeh straneh enačbe in se prepričate, da so enaki.

• Spet preverite enakost naše enačbe, 3 H₂TAKO₄ + 2 Fe - Fe₂(TAKO₄)₃ + 3 H₂.
• Na levi strani puščice so 6 H, 3 S, 12 O in 2 Fe.
• Na desni strani puščice sta 2 Fe, 3 S, 12 O in 6 H.
• Število atomov na desni in levi strani je popolnoma enako, zato je ta enačba že enakovredna.

2. del 4: Pretvarjanje gramov in molov

Korak 1. Izračunajte molarno maso mase dane spojine v gramih

Molska masa je število gramov (g) v enem molu spojine. Ta enota vam omogoča enostavno pretvorbo gramov in molov spojine. Za izračun molarne mase morate vedeti, koliko molekul elementa je v spojini, pa tudi atomsko maso vsakega elementa v spojini.

• Poiščite število atomov vsakega elementa v spojini. Na primer, glukoza je C₆H₁₂O₆, in je sestavljen iz 6 atomov ogljika, 12 atomov vodika in 6 atomov kisika.
• Ugotovite atomsko maso v gramih na mol (g/mol) vsakega atoma. Atomske mase elementov, ki sestavljajo glukozo, so: ogljik, 12,0107 g/mol; vodik, 1.007 g/mol; in kisika 15,9994 g/mol.
• Maso vsakega atoma pomnožimo s številom atomov v spojini. Ogljik: 12,0107 x 6 = 72,0642 g/mol; vodik: 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; kisik: 15.9994 x 6 = 95.9964 g/mol.
• Vsota vseh zgoraj navedenih proizvodov je molska masa spojine. 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Ali z drugimi besedami, masa ene molekule glukoze je 180,14 gramov.

Korak 2. Maso spojine pretvorite v mole z uporabo molarne mase

Molarno maso lahko uporabite kot pretvorbeni faktor, zato lahko izračunate število molov v danem številu gramov vzorca. Znano maso (g) delite z molsko maso (g/mol). Enostaven način, da preverite svoje izračune, je, da se enote medsebojno prekličejo in pustijo le madeže.

• Na primer: koliko molov je v 8,2 g vodikovega klorida (HCl)?
• Atomska masa H je 1.0007, Cl pa 35.453, zato je molska masa zgornje spojine 1.007 + 35.453 = 36.46 g/mol.
• Če delite število gramov spojine z njeno molsko maso, dobite: 8,2 g / (36,46 g / mol) = 0,225 mol HCl.

Korak 3. Določite molsko razmerje med reaktanti

Za določitev količine produkta, ki nastane v reakciji, morate določiti molsko razmerje. Molsko razmerje je razmerje med spojinami, ki reagirajo med seboj, in je označeno z ekvivalentnimi koeficienti spojin v reakciji.

• Na primer, kakšno je molsko razmerje KClO₃ z O₂ v reakciji 2 KClO₃ - 2 KCl + 3 O₂.
• Najprej se prepričajte, da so zgornje enačbe enakovredne. Nikoli ne pozabite na ta korak, sicer bo dobljeno molarno razmerje napačno. V tem primeru so količine vsakega elementa na obeh straneh enačbe enake, zato je reakcija uravnotežena.
• Razmerje med KClO₃ z O₂ je 2/3. Lahko postavite poljubno število zgoraj in spodaj, če predstavlja ustrezno spojino v celotni težavi.

Korak 4. Pomnožite križ z molskim razmerjem, da poiščete število molov drugega reaktanta

Za izračun števila molov spojine, ki nastane ali je potrebna v reakciji, lahko uporabite molsko razmerje. Kemične težave običajno zahtevajo, da določite število molov, ki so potrebni ali nastali v reakciji, iz mase (gramov) določenega reaktanta.

• Na primer, v reakcijski enačbi N₂ + 3 H₂ - 2 NH₃ koliko molov NH₃ kar bi nastalo zaradi 3,00 gramov N₂ ki reagira s H₂ v zadostni količini?
• V tem primeru je H.₂ na voljo v zadostnih količinah in vam jih za rešitev težave ni treba šteti.
• Najprej spremenite enote gramov N₂ biti moli. Atomska masa dušika je 14,0067 g/mol, zato je molska masa N₂ je 28,0134 g/mol. Delitev med maso in molsko maso bo dala 3,00 g/28,0134 g/mol = 0,107 mol.
• Izračunajte razmerje v nalogi: NH₃: N₂ = x/0, 107 molov.
• Navzkrižno pomnožite to razmerje z molskim razmerjem NH₃ z N.₂: 2: 1 x/0, 107 molov = 2/1 = (2 x 0, 107) = 1x = 0,214 molov.

Korak 5. Pretvorite to število molov nazaj v maso z uporabo molske mase spojine

Ponovno boste uporabili molarno maso, zdaj pa je molarna masa potrebna kot množitelj, da se število molov vrne v grame. Uporabite pravilno molarno maso spojine.

Molarna masa NH₃ je 17,028 g/mol. Torej 0,214 molov x (17,028 gramov/mol) = 3,647 gramov NH₃.

3. del 4: Pretvorba litrov plina in mola

Korak 1. Ugotovite, ali reakcija poteka pri standardnem tlaku in temperaturi (STP)

STP je niz pogojev, ki omogočajo, da 1 mol idealnega plina napolni prostornino 22,414 litrov (l). Standardna temperatura je 273, 15 Kelvin (K), standardni tlak pa 1 atmosfera (atm).

Na splošno bo v težavah navedeno, da reakcija poteka pri 1 atm in 273 K ali v STP

Korak 2. S pretvorbenim faktorjem 22,414 l/mol pretvorite število litrov plina v mole plina

Če reakcija poteka v pogojih STP, lahko uporabite 22,414 l/mol za izračun števila molov v znani prostornini plina. Količino plina (l) delite s tem pretvorbenim faktorjem, da poiščete število molov.

Na primer, za pretvorbo 3,2 litra N₂ plina v mole: 3,2 l/22, 414 l/mol = 0,143 mol.

Korak 3. Uporabite zakon idealnega plina za pretvorbo litrov plina, če ni pod pogoji STP

Če reakcija v problemu ne poteka pod pogoji STP, morate za izračun števila molov v reakciji uporabiti zakon idealnega plina PV = nRT. P je tlak v atmosferskih enotah, V prostornina v litrih, n število molov, R konstanta zakonitosti plina, 0,0821 l-atm/mol-stopinj in T temperatura v stopinjah Kelvina.

• To enačbo je mogoče preurediti za izračun molov, da postane: n = RT/PV.
• Enote plinske konstante so oblikovane tako, da odpravijo vse druge spremenljivke enote.
• Na primer, določite število molov v 2,4 litra O₂ pri 300 K in 1,5 atm. Z vključitvijo spremenljivk v enačbo dobimo: n = (0,0821 x 300)/(1, 5 x 2) = 24, 63/3, 6 = 6, 842 molov O₂.

4. del 4: Pretvorba litrov tekočin in mol

Korak 1. Izračunajte gostoto tekočine

Včasih vam kemijske enačbe dajo količino tekočega reaktanta in vas prosijo, da izračunate število gramov ali molov, potrebnih za reakcijo. Za pretvorbo prostornine tekočine v grame potrebujete gostoto tekočine. Gostota je izražena v enotah mase/prostornine.

Če gostota v problemu ni znana, jo boste morda morali poiskati v učbeniku ali na internetu

Korak 2. Pretvorite volumen v mililitre (ml)

Če želite pretvoriti prostornino tekočine v maso (g), morate uporabiti njeno gostoto. Gostota je izražena v gramih na mililiter (g/ml), zato je treba za izračun prostornine tekočine izraziti tudi v mililitrih.

Ugotovite znano količino. Recimo v problemu na primer, da je volumen H. znan₂O je 1 liter. Če ga želite pretvoriti v ml, ga morate pomnožiti s 1000, ker je v 1 litru vode 1000 ml.

Korak 3. Pomnožite prostornino z gostoto

Ko pomnožimo volumen (ml) z njegovo gostoto (g/ml), se enote ml izgubijo in ostane le število gramov spojine.

Na primer gostota H₂O je 18,0134 g/ml. Če kemijska enačba pravi, da je 500 ml H₂O, število gramov v spojini je 500 ml x 18,0134 g/ml ali 9006,7 g.

Korak 4. Izračunajte molarno maso reaktantov

Molska masa je število gramov (g) v enem molu spojine. Ta enota vam omogoča, da spremenite enote gramov in molov v spojini. Za izračun molske mase morate določiti, koliko molekul elementa je v spojini, pa tudi atomsko maso vsakega elementa v spojini.

• Določite število atomov vsakega elementa v spojini. Na primer, glukoza je C₆H₁₂O₆, in je sestavljen iz 6 atomov ogljika, 12 atomov vodika in 6 atomov kisika.
• Ugotovite atomsko maso v gramih na mol (g/mol) vsakega atoma. Atomske mase elementov v glukozi so: ogljik, 12,0107 g/mol; vodik, 1.007 g/mol; in kisika 15,9994 g/mol.
• Atomsko maso vsakega elementa pomnožimo s številom atomov v spojini. Ogljik: 12,0107 x 6 = 72,0642 g/mol; vodik: 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; kisik: 15.9994 x 6 = 95.9964 g/mol.
• Dodajte zgornje rezultate množenja, da dobite molarno maso spojine, ki je 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Tako je masa enega mola glukoze 180,14 grama.

Korak 5. Število gramov spojine pretvorite v mole z uporabo molske mase

Z uporabo molarne mase kot pretvorbenega faktorja lahko izračunate število molov v danem številu gramov vzorca. Število gramov (g) znane spojine delite z molsko maso (g/mol). Enostaven način, da preverite svoje izračune, je, da se enote medsebojno prekličejo in pustijo le madeže.

• Na primer: koliko molov je v 8,2 g klorovodika (HCl)?
• Atomska masa H je 1.0007, Cl pa 35.453, zato je molska masa spojine 1.007 + 35.453 = 36.46 g/mol.
• Če delite število gramov spojine z molsko maso, dobite: 8,2 g/(36,46 g/mol) = 0,225 mol HCl.