Kaip atlikti stechiometriją (su nuotraukomis)

2024 Autorius: Jason Gerald | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-15 08:19

Cheminės reakcijos metu medžiaga negali būti nei sukurta, nei sunaikinta, todėl reakcijos produktai turi būti lygūs reakcijoje esančių reagentų skaičiui. Stochiometrija - tai reakcijos elementų kiekybinių santykių tyrimas, kurio metu apskaičiuojama reaguojančių medžiagų ir juose esančių produktų masė. Stichiometrija yra matematikos ir chemijos derinys ir taikoma remiantis vienu aukščiau pateiktu paprastu principu, kad reakcija niekada nedidėja ir nesumažėja. Pirmasis žingsnis sprendžiant bet kokią chemijos problemą yra subalansuoti lygtis.

Žingsnis

1 dalis iš 4: Balansavimo cheminės lygtys

Žingsnis 1. Užrašykite atomų, sudarančių kiekvieną junginį, skaičių abiejose lygties pusėse

Cheminės lygtys gali padėti nustatyti kiekvieno reakcijos elemento atomus. Cheminės reakcijos metu materija negali būti nei sukurta, nei sunaikinta, todėl sakoma, kad lygtis yra nevienoda, jei abiejų lygties pusių sudedamųjų atomų skaičius (ir tipai) nėra visiškai vienodi.

• Nepamirškite padauginti atomų skaičiaus iš koeficiento arba skaičiaus žemiau eilutės, jei turite.
• Pavyzdžiui, H.₂TAIP₄ + Fe - Fe₂(TAIP₄)₃ + H₂
• Kairėje (reagentų) lygties pusėje yra 2 H, 1 S, 4 O ir 1 Fe.
• Dešinėje (produkto) lygties pusėje yra 2 H, 3 S, 12 O ir 2 Fe.

Žingsnis 2. Pridėkite koeficientus prieš kitus elementus nei deguonis ir vandenilis, kad subalansuotumėte abi lygties puses

Raskite mažiausiai įprastą elementų kartotinį, išskyrus deguonį ir vandenilį, kad išlygintumėte atomų skaičių abiejose lygties pusėse.

• Pavyzdžiui, mažiausiai paplitęs kartotinis (LCM) tarp 2 ir 1 yra 2 Fe. Taigi, pridėkite skaičių 2 prieš Fe elementą kairėje pusėje, kad jį subalansuotumėte.
• LCM tarp 3 ir 1 yra 3 elementui S. Taigi, prieš junginį H pridėkite skaičių 3₂TAIP₄ subalansuoti dešinę ir kairę lygties puses.
• Šiame etape aukščiau pateikto pavyzdžio lygtis bus: 3 H₂TAIP₄ + 2 Fe - Fe₂(TAIP₄)₃ + H₂

Žingsnis 3. Subalansuokite vandenilio ir deguonies atomus

Vandenilio ir deguonies atomų skaičius yra paskutinį kartą subalansuotas, nes jų paprastai yra keliose molekulėse abiejose lygties pusėse. Baigdami šią lygtį, nepamirškite perskaičiuoti atomų, kai prieš molekules pridėjote koeficientus.

• Čia esančiame pavyzdyje prieš junginį H pridedame skaičių 3₂TAIP₄, taigi dabar kairėje pusėje yra 6 vandenilio atomai, bet tik 2 vandenilio atomai dešinėje lygties pusėje. Taip pat šiuo metu turime 12 deguonies atomų kairėje ir 12 deguonies atomų dešinėje, todėl deguonies atomai yra lygiaverčiai.
• Mes galime subalansuoti vandenilio atomus, prieš H pridėdami skaičių 3₂.
• Galutinė lygtis po balansavimo yra 3 H₂TAIP₄ + 2 Fe - Fe₂(TAIP₄)₃ + 3 H₂.

4 žingsnis. Apskaičiuokite atomus abiejose lygties pusėse, kad įsitikintumėte, jog jie yra vienodi

Baigę perskaičiuokite ir dar kartą patikrinkite, ar lygybė yra teisingas žingsnis. Tai galite padaryti sudėję visus atomus abiejose lygties pusėse ir įsitikinę, kad jie yra vienodi.

• Dar kartą patikrinkite mūsų lygties lygybę, 3 H₂TAIP₄ + 2 Fe - Fe₂(TAIP₄)₃ + 3 H₂.
• Kairėje rodyklės pusėje yra 6 H, 3 S, 12 O ir 2 Fe.
• Dešinėje rodyklės pusėje yra 2 Fe, 3 S, 12 O ir 6 H.
• Atomų skaičius dešinėje ir kairėje yra visiškai vienodas, todėl ši lygtis jau yra lygiavertė.

2 dalis iš 4: gramų ir molių konvertavimas

Žingsnis 1. Apskaičiuokite duoto junginio masės molinę masę gramais

Molinė masė yra gramų (g) skaičius viename molio junginyje. Šis vienetas leidžia lengvai konvertuoti junginio gramus ir molius. Norėdami apskaičiuoti molinę masę, turite žinoti, kiek elemento molekulių yra junginyje, taip pat kiekvieno junginio elemento atominę masę.

• Raskite kiekvieno junginio elemento atomų skaičių. Pavyzdžiui, gliukozė yra C₆H₁₂O₆ir susideda iš 6 anglies atomų, 12 vandenilio atomų ir 6 deguonies atomų.
• Sužinokite kiekvieno atomo atominę masę gramais vienam moliui (g/mol). Gliukozę sudarančių elementų atominės masės yra: anglis, 12,0107 g/mol; vandenilis, 1,007 g/mol; ir deguonis - 15 9994 g/mol.
• Padauginkite kiekvieno atomo masę iš junginyje esančių atomų skaičiaus. Anglis: 12,0107 x 6 = 72,0642 g/mol; vandenilis: 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; deguonis: 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
• Visų aukščiau išvardytų produktų suma yra junginio molinė masė. 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Kitaip tariant, vienos gliukozės molekulės masė yra 180,14 gramo.

Žingsnis 2. Paverskite junginio masę moliais, naudodami molinę masę

Molinė masė gali būti naudojama kaip perskaičiavimo koeficientas, todėl galite apskaičiuoti apgamų skaičių tam tikrame mėginio gramų skaičiuje. Padalinkite žinomą masę (g) iš molinės masės (g/mol). Lengvas būdas patikrinti savo skaičiavimus yra įsitikinti, kad vienetai atšaukia vienas kitą ir palieka tik apgamus.

• Pavyzdžiui: kiek molių yra 8,2 gramo vandenilio chlorido (HCl)?
• H atominė masė yra 1.0007, o Cl yra 35.453, taigi minėto junginio molinė masė yra 1.007 + 35.453 = 36.46 g/mol.
• Padalinus junginio gramų skaičių iš jo molinės masės, gaunama: 8,2 g / (36,46 g / mol) = 0,225 mol HCl.

3 žingsnis. Nustatykite reagentų molinį santykį

Norėdami nustatyti reakcijos metu pagaminto produkto kiekį, turite nustatyti molinį santykį. Molinis santykis yra tarpusavyje reaguojančių junginių santykis, kurį nurodo lygiaverčiai reakcijos junginių koeficientai.

• Pavyzdžiui, koks yra KClO molinis santykis₃ su O.₂ reaguojant 2 KClO₃ - 2 KCl + 3 O₂.
• Pirmiausia įsitikinkite, kad aukščiau pateiktos lygtys yra lygiavertės. Niekada nepamirškite šio žingsnio, kitaip gautas molinis santykis bus neteisingas. Šiame pavyzdyje kiekvieno elemento kiekiai abiejose lygties pusėse yra vienodi, todėl reakcija yra subalansuota.
• Santykis tarp KClO₃ su O.₂ yra 2/3. Galite įdėti bet kurį skaičių aukščiau ir žemiau, jei jis yra tinkamas junginys visoje problemoje.

Žingsnis 4. Padauginkite kryžių iš molinio santykio, kad surastumėte kito reagento molių skaičių

Norėdami apskaičiuoti reakcijos metu pagamintų ar reikalingų junginių molių skaičių, galite naudoti molinį santykį. Chemijos problemos paprastai paprašys nustatyti tam tikrų reagentų masės (gramų) skaičių, reikalingų arba susidariusių reaguojant.

• Pavyzdžiui, reakcijos lygtyje N₂ + 3 H₂ - 2 NH₃ kiek molių NH₃ kuris atsirastų dėl 3,00 gramų N₂ kuris reaguoja su H₂ pakankamu kiekiu?
• Šiame pavyzdyje H.₂ yra pakankamas kiekis ir jums nereikia jų skaičiuoti, kad išspręstumėte problemą.
• Pirmiausia pakeiskite gramų vienetus N₂ būti kurmiais. Azoto atominė masė yra 14,0067 g/mol, taigi molinė masė yra N₂ yra 28,0134 g/mol. Padalijus masę ir molinę masę, gaunama 3,00 g/28,0134 g/mol = 0,107 mol.
• Apskaičiuokite uždavinio santykį: NH₃: N₂ = x/0, 107 apgamai.
• Kryžius padauginkite šį santykį iš NH molinio santykio₃ su N.₂: 2: 1 x/0, 107 apgamai = 2/1 = (2 x 0, 107) = 1x = 0,214 molių.

Žingsnis 5. Paverskite šį apgamų skaičių atgal į masę, naudodami junginio molinę masę

Jūs vėl naudosite molinę masę, tačiau dabar molinė masė reikalinga kaip daugiklis, kad būtų grąžintas apgamų skaičius gramais. Būtinai naudokite teisingą junginio molinę masę.

Molinė masė NH₃ yra 17,028 g/mol. Taigi 0,214 mol x (17 028 gramai/mol) = 3,647 gramai NH₃.

3 /4 dalis: Dujų ir molinių litrų konvertavimas

1 žingsnis. Sužinokite, ar reakcija vyksta esant standartiniam slėgiui ir temperatūrai (STP)

STP yra sąlygų rinkinys, leidžiantis 1 moliui idealių dujų užpildyti 22,414 litro (l) tūrį. Standartinė temperatūra yra 273, 15 Kelvino (K), o standartinis slėgis yra 1 atmosfera (atm).

Paprastai problemose bus nurodyta, kad reakcija vyksta esant 1 atm ir 273 K temperatūrai arba STP

Žingsnis 2. Naudokite 22 414 l/mol perskaičiavimo koeficientą, kad litrų dujų skaičių paverstų dujų moliais

Jei reakcija vyksta STP sąlygomis, galite naudoti 22,414 l/mol, kad apskaičiuotumėte molių skaičių žinomame dujų tūryje. Padalinkite dujų tūrį (l) pagal šį perskaičiavimo koeficientą, kad surastumėte apgamų skaičių.

Pavyzdžiui, norint konvertuoti 3,2 litro N₂ dujų į molius: 3,2 l/22, 414 l/mol = 0,143 mol.

Žingsnis 3. Naudokite idealių dujų įstatymą, norėdami konvertuoti litrus dujų, jei ne STP sąlygomis

Jei problemos reakcija nevyksta STP sąlygomis, turite naudoti idealių dujų dėsnį PV = nRT, kad apskaičiuotumėte reakcijos molių skaičių. P-slėgis atmosferos vienetais, V-tūris litrais, n-molių skaičius, R-dujų dėsnio konstanta, 0,0821 l-atm/mol-laipsniai, o T-temperatūra Kelvino laipsniais.

• Šią lygtį galima pertvarkyti, kad būtų galima apskaičiuoti apgamus ir tapti: n = RT/PV.
• Dujų konstantos vienetai yra skirti pašalinti visus kitus vieneto kintamuosius.
• Pavyzdžiui, nustatykite apgamų skaičių 2,4 litro O₂ esant 300 K ir 1,5 atm. Prijungę kintamuosius į lygtį, gauname: n = (0,0821 x 300)/(1, 5 x 2) = 24, 63/3, 6 = 6, 842 moliai O₂.

4 dalis iš 4: litrų skysčių ir mol

Žingsnis 1. Apskaičiuokite skysčio tankį

Kartais cheminės lygtys suteikia skysto reagento tūrį ir paprašo apskaičiuoti reakcijai reikalingą gramų ar molių skaičių. Norėdami konvertuoti skysčio tūrį į gramus, jums reikia skysčio tankio. Tankis išreiškiamas masės/tūrio vienetais.

Jei problemos tankis nežinomas, gali tekti jo ieškoti vadovėlyje ar internete

2 žingsnis. Konvertuokite tūrį į mililitrus (ml)

Norėdami konvertuoti skysčio tūrį į masę (g), turite naudoti jo tankį. Tankis išreiškiamas gramais mililitre (g/ml), todėl norint jį apskaičiuoti, skysčio tūris taip pat turi būti išreikštas mililitrais.

Sužinokite žinomą tūrį. Pvz., Tarkime, kad problema yra žinoma₂O yra 1 litras. Norėdami jį konvertuoti į ml, tiesiog padauginkite jį iš 1000, nes 1 litre vandens yra 1000 ml.

Žingsnis 3. Padauginkite tūrį iš tankio

Padauginus tūrį (ml) iš jo tankio (g/ml), ml vienetai prarandami, o lieka junginio gramų skaičius.

Pavyzdžiui, tankis H₂O yra 18,0134 g/ml. Jei cheminė lygtis sako, kad yra 500 ml H₂O, gramų skaičius junginyje yra 500 ml x 18,0134 g/ml arba 9006, 7 g.

Žingsnis 4. Apskaičiuokite reagentų molinę masę

Molinė masė yra gramų (g) skaičius viename molio junginyje. Šis vienetas leidžia keisti junginio gramų ir apgamų vienetus. Norėdami apskaičiuoti molinę masę, turite nustatyti, kiek elemento molekulių yra junginyje, taip pat kiekvieno junginio elemento atominę masę.

• Nustatykite kiekvieno junginio elemento atomų skaičių. Pavyzdžiui, gliukozė yra C₆H₁₂O₆ir susideda iš 6 anglies atomų, 12 vandenilio atomų ir 6 deguonies atomų.
• Sužinokite kiekvieno atomo atominę masę gramais vienam moliui (g/mol). Gliukozėje esančių elementų atominės masės yra: anglis, 12,0107 g/mol; vandenilis, 1,007 g/mol; ir deguonis - 15 9994 g/mol.
• Padauginkite kiekvieno elemento atominę masę iš junginyje esančių atomų skaičiaus. Anglis: 12,0107 x 6 = 72,0642 g/mol; vandenilis: 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; deguonis: 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
• Pridėkite aukščiau pateiktus daugybos rezultatus, kad gautumėte junginio molinę masę, kuri yra 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Taigi vieno molio gliukozės masė yra 180,14 gramo.

Žingsnis 5. Konvertuokite junginio gramų skaičių į molius, naudodami molinę masę

Naudodami molinę masę kaip perskaičiavimo koeficientą, galite apskaičiuoti apgamų skaičių tam tikrame mėginio gramų skaičiuje. Padalinkite žinomo junginio gramų skaičių (g) iš molinės masės (g/mol). Lengvas būdas patikrinti savo skaičiavimus yra įsitikinti, kad vienetai atšaukia vienas kitą ir palieka tik apgamus.

• Pavyzdžiui: kiek molių yra 8,2 gramo vandenilio chlorido (HCl)?
• H atominė masė yra 10007, o Cl yra 35,453, taigi junginio molinė masė yra 1,007 + 35,453 = 36,46 g/mol.
• Padalinus junginio gramų skaičių iš molinės masės, gaunama: 8,2 g/(36,46 g/mol) = 0,225 mol HCl.