Stoikiometria (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: Jason Gerald | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-15 08:14

Kemiallisessa reaktiossa ainetta ei voida luoda eikä tuhota, joten reaktiotuotteiden on vastattava reaktiossa olevien reagoivien aineiden määrää. Stoikiometria on tutkimus reaktion elementtien kvantitatiivisesta suhteesta, johon kuuluu reagoivien aineiden ja niissä olevien tuotteiden massan laskeminen. Stoikiometria on yhdistelmä matematiikkaa ja kemiaa, ja sitä sovelletaan yllä olevan yhden yksinkertaisen periaatteen perusteella, että aine ei koskaan kasva tai vähene reaktiossa. Ensimmäinen askel minkä tahansa kemiaongelman ratkaisemisessa on tasapainottaa yhtälöt.

Vaihe

Osa 1/4: Tasapainotuskemialliset yhtälöt

Vaihe 1. Kirjoita kunkin yhdisteen muodostavien atomien lukumäärä yhtälön molemmille puolille

Kemialliset yhtälöt voivat auttaa sinua tunnistamaan kunkin reaktion elementin atomit. Kemiallisessa reaktiossa ainetta ei voida luoda eikä tuhota, joten yhtälön sanotaan olevan epätasainen, jos yhtälön molemmin puolin olevien atomien lukumäärä (ja tyypit) eivät ole täsmälleen samat.

• Muista kertoa atomien määrä kertoimella tai rivin alapuolella olevalla numerolla, jos sellainen on.
• Esimerkiksi H.₂NIIN₄ + Fe - Fe₂(NIIN₄)₃ + H₂
• Yhtälön vasemmalla puolella (reaktantit) on 2H, 1S, 4O ja 1 Fe.
• Yhtälön oikealla puolella (tuote) on 2H, 3S, 12O ja 2 Fe.

Vaihe 2. Lisää kertoimet muiden alkuaineiden kuin hapen ja vedyn eteen tasapainottaaksesi yhtälön molemmat puolet

Etsi muiden alkuaineiden kuin hapen ja vedyn vähiten yhteinen monikerta tasaamaan yhtälön molemmin puolin olevien atomien lukumäärä.

• Esimerkiksi vähiten yhteinen monikerta (LCM) välillä 2 ja 1 on 2 Fe: lle. Joten lisää numero 2 Fe -elementin eteen vasemmalla puolella tasapainottaaksesi sen.
• LCM välillä 3 ja 1 on 3 elementille S. Joten lisää numero 3 yhdisteen H eteen₂NIIN₄ tasapainottaa yhtälön oikeaa ja vasenta puolta.
• Tässä vaiheessa yllä olevan esimerkin yhtälö on: 3H₂NIIN₄ + 2 Fe - Fe₂(NIIN₄)₃ + H₂

Vaihe 3. Tasapainota vety- ja happiatomit

Vety- ja happiatomien lukumäärä on viimeksi tasapainotettu, koska niitä esiintyy yleensä useissa molekyyleissä yhtälön molemmin puolin. Tämän yhtälön tasapainotusvaiheessa älä unohda laskea atomit uudelleen sen jälkeen, kun olet lisännyt kertoimet molekyylien eteen.

• Tässä esimerkissä lisätään numero 3 yhdisteen H eteen₂NIIN₄, joten nyt on 6 vetyatomia vasemmalla puolella, mutta vain 2 vetyatomia yhtälön oikealla puolella. Meillä on myös tällä hetkellä 12 happiatomia vasemmalla puolella ja 12 happiatomia oikealla puolella, joten happiatomit ovat vastaavia.
• Voimme tasapainottaa vetyatomeja lisäämällä numeron 3 H: n eteen₂.
• Lopullinen yhtälö tasapainottamisen jälkeen on 3H₂NIIN₄ + 2 Fe - Fe₂(NIIN₄)₃ + 3 H₂.

Vaihe 4. Laske yhtälön molemmin puolin olevat atomit ja varmista, että ne ovat sama luku

Kun olet valmis, laske uudelleen ja tarkista, että tasa -arvo on oikea askel. Voit tehdä tämän lisäämällä yhteen kaikki yhtälön molemmin puolin olevat atomit ja varmistamalla, että ne ovat samat.

• Tarkista yhtälömme yhtäläisyys uudelleen, 3 H₂NIIN₄ + 2 Fe - Fe₂(NIIN₄)₃ + 3 H₂.
• Nuolen vasemmalla puolella on 6 H, 3 S, 12 O ja 2 Fe.
• Nuolen oikealla puolella on 2 Fe, 3 S, 12 O ja 6 H.
• Atomien määrä oikealla ja vasemmalla puolella on täsmälleen sama, joten tämä yhtälö on jo vastaava.

Osa 2/4: Grammien ja molien muuntaminen

Vaihe 1. Laske annetun yhdisteen massan moolimassa grammoina

Moolimassa on grammoja (g) yhdessä moolissa yhdistettä. Tämän yksikön avulla voit helposti muuntaa yhdisteen grammoja ja mooleja. Moolimassan laskemiseksi sinun on tiedettävä, kuinka monta alkuaineen molekyyliä yhdisteessä on, sekä kunkin elementin atomimassa massa yhdisteessä.

• Etsi yhdisteen kunkin elementin atomien lukumäärä. Esimerkiksi glukoosi on C₆H₁₂O₆ja se koostuu 6 hiiliatomista, 12 vetyatomista ja 6 happiatomista.
• Selvitä kunkin atomin atomimassa grammoina moolia kohti (g/mol). Glukoosia muodostavien alkuaineiden atomimassat ovat: hiili, 12,0107 g/mol; vety, 1,007 g/mol; ja happi, 15 9994 g/mol.
• Kerro kunkin atomin massa yhdisteessä olevien atomien lukumäärällä. Hiili: 12,0107 x 6 = 72,0642 g/mol; vety: 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; happi: 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
• Kaikkien edellä mainittujen tuotteiden summa on yhdisteen moolimassa. 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Tai toisin sanoen yhden glukoosimolekyylin massa on 180,14 grammaa.

Vaihe 2. Muunna yhdisteen massa mooleiksi käyttämällä moolimassaa

Moolimassaa voidaan käyttää muuntokertoimena, joten voit laskea moolien määrän tietyssä grammanäytteessä. Jaa tunnettu massa (g) moolimassalla (g/mol). Helppo tapa tarkistaa laskelmasi on varmistaa, että yksiköt peruuttavat toisensa ja jättävät vain myyrät.

• Esimerkiksi: kuinka monta moolia on 8,2 grammassa kloorivetyä (HCl)?
• H: n atomimassa on 10007 ja Cl on 35,453, joten edellä mainitun yhdisteen moolimassa on 1,007 + 35,453 = 36,46 g/mol.
• Jakamalla yhdisteen grammamäärä sen moolimassalla saadaan: 8,2 g / (36,46 g / mol) = 0,225 mol HCl.

Vaihe 3. Määritä reagenssien välinen moolisuhde

Jotta voit määrittää reaktiossa tuotetun tuotteen määrän, sinun on määritettävä moolisuhde. Moolisuhde on toistensa kanssa reagoivien yhdisteiden suhde, ja se ilmaistaan reaktiossa olevien yhdisteiden kertoimilla, jotka ovat olleet vastaavat.

• Esimerkiksi mikä on KClO: n moolisuhde₃ O: n kanssa₂ 2 KClO: n reaktiossa₃ - 2 KCl + 3 O₂.
• Varmista ensin, että yllä olevat yhtälöt ovat vastaavia. Älä koskaan unohda tätä vaihetta, tai saatu moolisuhde on väärä. Tässä esimerkissä kunkin elementin määrät yhtälön molemmilla puolilla ovat yhtä suuret, joten reaktio on tasapainossa.
• KClO: n suhde₃ O: n kanssa₂ on 2/3. Voit laittaa minkä tahansa numeron ylä- ja alapuolelle, kunhan se edustaa sopivaa yhdistettä koko ongelman ajan.

Vaihe 4. Selvitä toisen reagenssin moolimäärä kertomalla risti moolisuhteella

Voit laskea reaktiossa tuotetun tai vaaditun yhdisteen moolimäärän käyttämällä moolisuhdetta. Kemiaongelmat yleensä pyytävät sinua määrittämään tarvittavien tai reaktiossa syntyvien moolien määrän tietyn reagenssin massasta (grammoina).

• Esimerkiksi reaktioyhtälössä N₂ + 3 H₂ - 2 NH₃ kuinka monta moolia NH: tä₃ joka syntyisi 3,00 grammasta N₂ joka reagoi H: n kanssa₂ riittävässä määrin?
• Tässä esimerkissä H.₂ saatavilla riittävästi, eikä sinun tarvitse laskea niitä ongelman ratkaisemiseksi.
• Muuta ensin grammayksiköitä N₂ olla myyrät. Typen atomimassa on 14,0067 g/mol, joten moolimassa on N₂ on 28,0134 g/mol. Jakautuminen massan ja moolimassan välillä antaa 3,00 g/28,0134 g/mol = 0,107 mol.
• Laske tehtävän suhde: NH₃: N₂ = x/0, 107 moolia.
• Kerro tämä suhde NH: n moolisuhteella₃ N: n kanssa₂: 2: 1 x/0, 107 moolia = 2/1 = (2 x 0, 107) = 1 x = 0,214 moolia.

Vaihe 5. Muunna tämä moolimäärä takaisin massaksi käyttämällä yhdisteen moolimassaa

Käytät moolimassaa uudelleen, mutta nyt moolimassaa tarvitaan kertoimena, jotta moolien määrä palautetaan grammoiksi. Muista käyttää yhdisteen oikeaa moolimassaa.

Moolimassa NH₃ on 17,028 g/mol. Joten 0,214 moolia x (17 028 grammaa/mol) = 3,647 grammaa NH₃.

Osa 3/4: Kaasun ja mol -litran muuntaminen

Vaihe 1. Selvitä tapahtuuko reaktio normaalipaineessa ja -lämpötilassa (STP)

STP on ehtojoukko, jonka avulla 1 mooli ideaalikaasua täyttää 22,414 litran (l). Vakiolämpötila on 273, 15 Kelvin (K) ja vakiopaine 1 atmosfääri (atm).

Yleensä ongelmissa todetaan, että reaktio tapahtuu 1 atm: ssä ja 273 K: ssa tai STP: ssä

Vaihe 2. Muunna kaasun litramäärä kaasumooliksi muuntokerroimella 22,414 l/mol

Jos reaktio tapahtuu STP -olosuhteissa, voit käyttää 22,414 l/mol laskettaessa moolien lukumäärää tunnetussa kaasutilavuudessa. Jaa kaasun tilavuus (l) tällä muuntokerroimella löytääksesi moolien määrän.

Esimerkiksi muuntaa 3,2 litraa N₂ kaasu mooleihin: 3,2 l/22, 414 l/mol = 0,143 mol.

Vaihe 3. Käytä ideaalikaasulakia muuntaaksesi litraa kaasua, jos se ei ole STP -olosuhteissa

Jos ongelman reaktio ei tapahdu STP -olosuhteissa, sinun on käytettävä ideaalikaasulakia PV = nRT reaktion moolien lukumäärän laskemiseen. P on paine ilmakehän yksiköissä, V on tilavuus litroina, n on moolien lukumäärä, R on kaasulakivakio, 0,0821 l-atm/mol-astetta ja T on lämpötila Kelvin-asteina.

• Tämä yhtälö voidaan järjestää uudelleen moolien laskemiseksi ja siitä tulee: n = RT/PV.
• Kaasuvakion yksiköt on suunniteltu poistamaan kaikki muut yksikkömuuttujat.
• Määritä esimerkiksi moolien määrä 2,4 litrassa O: ta₂ 300 K ja 1,5 atm. Liittämällä muuttujat yhtälöön saadaan: n = (0,0821 x 300)/(1, 5 x 2) = 24, 63/3, 6 = 6, 842 moolia O₂.

Osa 4/4: Litran nesteiden ja mol

Vaihe 1. Laske nesteen tiheys

Joskus kemialliset yhtälöt antavat sinulle nestemäisen reagenssin tilavuuden ja pyytävät sinua laskemaan reaktioon tarvittavien grammojen tai moolien määrän. Jos haluat muuntaa nesteen tilavuuden grammoiksi, tarvitset nesteen tiheyden. Tiheys ilmaistaan massa-/tilavuusyksiköinä.

Jos tiheys ei ole tiedossa ongelmassa, sinun on ehkä etsittävä se oppikirjasta tai Internetistä

Vaihe 2. Muunna tilavuus millilitroiksi (ml)

Jos haluat muuntaa nesteen tilavuuden massaksi (g), sinun on käytettävä sen tiheyttä. Tiheys ilmaistaan grammoina millilitraa (g/ml), joten nesteen tilavuus on ilmaistava myös millilitroina sen laskemiseksi.

Selvitä tunnettu volyymi. Oletetaan esimerkiksi, että H: n tilavuus tunnetaan₂O on 1 litra. Jos haluat muuttaa sen ml: ksi, sinun on vain kerrottava se 1000: lla, koska 1 litrassa vettä on 1000 ml.

Vaihe 3. Kerro tilavuus tiheydellä

Kun tilavuus (ml) kerrotaan sen tiheydellä (g/ml), ml -yksiköt menetetään ja jäljelle jää yhdisteen grammojen määrä.

Esimerkiksi tiheys H₂O on 18,0134 g/ml. Jos kemiallinen yhtälö sanoo, että H on 500 ml₂O, gramman määrä yhdisteessä on 500 ml x 18,0134 g/ml tai 9006, 7 g.

Vaihe 4. Laske reagoivien aineiden moolimassa

Moolimassa on grammoja (g) yhdessä moolissa yhdistettä. Tämän yksikön avulla voit muuttaa yhdisteen grammoja ja mooleja. Molekyylimassan laskemiseksi sinun on määritettävä, kuinka monta alkuaineen molekyyliä yhdisteessä on, sekä yhdisteen kunkin elementin atomimassa.

• Määritä kunkin elementin atomien lukumäärä yhdisteessä. Esimerkiksi glukoosi on C₆H₁₂O₆ja se koostuu 6 hiiliatomista, 12 vetyatomista ja 6 happiatomista.
• Selvitä kunkin atomin atomimassa grammoina moolia kohti (g/mol). Glukoosin elementtien atomimassat ovat: hiili, 12,0107 g/mol; vety, 1,007 g/mol; ja happi, 15 9994 g/mol.
• Kerro kunkin alkuaineen atomimassa yhdisteessä olevien atomien lukumäärällä. Hiili: 12,0107 x 6 = 72,0642 g/mol; vety: 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; happi: 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
• Lisää yllä olevat kertolaskutulokset, jotta saat yhdisteen moolimassan, joka on 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Joten yhden moolin glukoosin massa on 180,14 grammaa.

Vaihe 5. Muunna yhdisteen grammien määrä mooleiksi käyttämällä moolimassaa

Käyttämällä moolimassaa muuntokertoimena voit laskea tietyn määrän grammaa näytettä olevien moolien määrän. Jaa tunnetun yhdisteen grammamäärä (g) moolimassalla (g/mol). Helppo tapa tarkistaa laskelmasi on varmistaa, että yksiköt peruuttavat toisensa ja jättävät vain myyrät.

• Esimerkiksi: kuinka monta moolia on 8,2 grammassa kloorivetyä (HCl)?
• H: n atomimassa on 10007 ja Cl on 35,453, joten yhdisteen moolimassa on 1,007 + 35,453 = 36,46 g/mol.
• Jakamalla yhdisteen grammien lukumäärä moolimassalla saadaan: 8,2 g/(36,46 g/mol) = 0,225 mol HCl.