Как се прави стехиометрия (със снимки)

2024 Автор: Jason Gerald | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-15 08:09

При химична реакция веществото не може нито да се създаде, нито да се унищожи, така че продуктите от реакцията трябва да са равни на броя на реагентите в реакцията. Стехиометрията е изследване на количествената връзка на елементите в реакция, която включва изчисляване на масата на реагентите и продуктите в тях. Стехиометрията е комбинация от математика и химия и се прилага въз основа на един прост принцип по -горе, че материята никога не се увеличава или намалява при реакция. Първата стъпка към решаването на всеки химичен проблем е да се балансират уравненията.

Стъпка

Част 1 от 4: Балансиране на химични уравнения

Стъпка 1. Запишете броя на атомите, които съставляват всяко съединение от двете страни на уравнението

Химическите уравнения могат да ви помогнат да идентифицирате атомите на всеки елемент в реакцията. При химическа реакция материята не може нито да се създаде, нито да се унищожи, затова се казва, че уравнението е неравно, ако броят (и типовете) на съставните атоми от двете страни на уравнението не са абсолютно еднакви.

Не забравяйте да умножите броя на атомите по коефициента или числото под линията, ако имате такъв.
Например, H₂ТАКА₄ + Fe - Fe₂(ТАКА₄)₃ + H₂
От лявата страна (реагентите) на уравнението има 2 H, 1 S, 4 O и 1 Fe.
От дясната страна (продукт) на уравнението има 2 H, 3 S, 12 O и 2 Fe.

Стъпка 2. Добавете коефициенти пред елементи, различни от кислород и водород, за да балансирате и двете страни на уравнението

Намерете най -малкото общо кратно на елементи, различни от кислород и водород, за да изравните броя на атомите от двете страни на уравнението.

Например, най -малкото общо кратно (LCM) между 2 и 1 е 2 за Fe. Така че, добавете числото 2 пред елемента Fe от лявата страна, за да го балансирате.
LCM между 3 и 1 е 3 за елемента S. И така, добавете числото 3 пред съединението Н₂ТАКА₄ за балансиране на дясната и лявата страна на уравнението.
На този етап уравнението на горния пример ще бъде: 3 H₂ТАКА₄ + 2 Fe - Fe₂(ТАКА₄)₃ + H₂

Стъпка 3. Балансирайте водородните и кислородните атоми

Броят на водородните и кислородните атоми е последно балансиран, тъй като те обикновено присъстват в няколко молекули от двете страни на уравнението. В стъпката на балансиране на това уравнение не забравяйте да преизчислите атомите, след като сте добавили коефициентите пред молекулите.

В примера тук добавяме числото 3 пред съединението Н₂ТАКА₄, така че сега има 6 водородни атома от лявата страна, но само 2 водородни атома от дясната страна на уравнението. В момента също имаме 12 кислородни атома от лявата страна и 12 кислородни атома от дясната страна, така че кислородните атоми са еквивалентни.
Можем да балансираме водородните атоми, като добавим числото 3 пред Н₂.
Крайното уравнение след балансиране е 3 H₂ТАКА₄ + 2 Fe - Fe₂(ТАКА₄)₃ + 3 Н₂.

Стъпка 4. Пребройте атомите от двете страни на уравнението, за да се уверите, че са с еднакъв брой

След като приключите, преизчислете и проверете отново равенството е правилната стъпка. Можете да направите това, като добавите всички атоми от двете страни на уравнението и се уверите, че са еднакви.

Проверете отново равенството на нашето уравнение, 3 H₂ТАКА₄ + 2 Fe - Fe₂(ТАКА₄)₃ + 3 Н₂.
От лявата страна на стрелката са 6 H, 3 S, 12 O и 2 Fe.
От дясната страна на стрелката са 2 Fe, 3 S, 12 O и 6 H.
Броят на атомите от дясната и лявата страна е абсолютно еднакъв, така че това уравнение вече е еквивалентно.

Част 2 от 4: Конвертиране на грамове и мол

Стъпка 1. Изчислете моларната маса на масата на даденото съединение в грамове

Моларната маса е броят грамове (g) в един мол съединение. Тази единица ви позволява лесно да конвертирате грамове и молове на съединение. За да изчислите моларната маса, трябва да знаете колко молекули на елемента са в съединението, както и атомната маса на всеки елемент в съединението.

Намерете броя на атомите на всеки елемент в съединението. Например глюкозата е С₆З₁₂О₆, и се състои от 6 въглеродни атома, 12 водородни атома и 6 кислородни атома.
Разберете атомната маса в грамове на мол (g/mol) на всеки атом. Атомните маси на елементите, съставляващи глюкозата са: въглерод, 12.0107 g/mol; водород, 1.007 g/mol; и кислород, 15,9994 g/mol.
Умножете масата на всеки атом по броя на атомите, присъстващи в съединението. Въглерод: 12.0107 x 6 = 72.0642 g/mol; водород: 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; кислород: 15.9994 x 6 = 95.9964 g/mol.
Сумата от всички продукти по -горе е моларната маса на съединението. 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Или с други думи, масата на една молекула глюкоза е 180,14 грама.

Стъпка 2. Преобразувайте масата на съединението в молове, като използвате моларната маса

Моларната маса може да се използва като коефициент на преобразуване, така че можете да изчислите броя на молите в даден брой грамове проба. Разделете известната маса (g) на моларната маса (g/mol). Лесен начин да проверите изчисленията си е да се уверите, че мерните единици се отменят и оставят само бенките.

Например: колко бенки има в 8,2 грама хлороводород (HCl)?
Атомната маса на Н е 1.0007 и Cl е 35.453, така че моларната маса на горното съединение е 1.007 + 35.453 = 36.46 g/mol.
Разделянето на броя на грамовете на съединението върху неговата моларна маса дава: 8,2 g / (36,46 g / mol) = 0,225 mol HCl.

Стъпка 3. Определете моларното съотношение между реагентите

За да определите количеството продукт, произведен при реакция, трябва да определите моларното съотношение. Моларното съотношение е съотношението на съединенията, реагиращи помежду си, и се обозначава с коефициентите на съединенията в реакцията, които са били еквивалентни.

Например, какво е моларното съотношение на KClO₃ с О₂ в реакцията на 2 KClO₃ - 2 KCl + 3 O.₂.
Преди всичко се уверете, че горните уравнения са еквивалентни. Никога не забравяйте тази стъпка, в противен случай полученото моларно съотношение ще бъде погрешно. В този пример количествата на всеки елемент от двете страни на уравнението са равни, така че реакцията е балансирана.
Съотношението между KClO₃ с О₂ е 2/3. Можете да поставите произволно число отгоре и отдолу, стига да представлява подходящото съединение в целия проблем.

Стъпка 4. Умножете кръста по моларното съотношение, за да намерите броя молове на другия реагент

За да изчислите броя молове на съединение, произведено или необходимо в реакцията, можете да използвате моларното съотношение. Химическите проблеми обикновено ще ви помолят да определите броя на необходимите молове или произведени в реакция от масата (грама) на определен реагент.

Например в реакционното уравнение N₂ + 3 Н₂ - 2 NH₃ колко мола NH₃ което би се получило от 3,00 грама N₂ който реагира с Н₂ в достатъчно количество?
В този пример H.₂ налични в достатъчни количества и не е нужно да ги броите, за да разрешите проблема.
Първо променете мерните единици на грамове N₂ бъдете бенки. Атомната маса на азота е 14.0067 g/mol, така че моларната маса е N₂ е 28,0134 g/mol. Разделянето между маса и моларна маса ще даде 3,00 g/28,0134 g/mol = 0,107 mol.
Изчислете съотношението в задачата: NH₃: Н₂ = x/0, 107 мола.
Кръстосано умножете това съотношение с моларното съотношение на NH₃ с Н.₂: 2: 1 x/0, 107 мола = 2/1 = (2 x 0, 107) = 1x = 0,214 мола.

Стъпка 5. Конвертирайте този брой молове обратно в маса, като използвате моларната маса на съединението

Ще използвате отново моларната маса, но сега моларната маса е необходима като умножител за връщане на броя на моловете до грамове. Не забравяйте да използвате правилната моларна маса на съединението.

Моларна маса NH₃ е 17,028 g/mol. Така 0,214 мола х (17 028 грама/мол) = 3,647 грама NH₃.

Част 3 от 4: Конвертиране на литри газ и мол

Стъпка 1. Разберете дали реакцията протича при стандартно налягане и температура (STP)

STP е набор от условия, които позволяват на 1 мол идеален газ да запълни обем от 22,414 литра (l). Стандартната температура е 273, 15 Kelvin (K), а стандартното налягане е 1 атмосфера (atm).

По принцип в проблемите ще бъде посочено, че реакцията протича при 1 атм и 273 К, или в STP

Стъпка 2. Използвайте коефициента на превръщане 22,414 l/mol, за да преобразувате броя литри газ в молове газ

Ако реакцията протича при условия на STP, можете да използвате 22,414 l/mol, за да изчислите броя на моловете в известен обем газ. Разделете обема на газ (l) на този коефициент на преобразуване, за да намерите броя молове.

Например, за да конвертирате 3,2 литра N₂ газ към молове: 3,2 l/22, 414 l/mol = 0,143 mol.

Стъпка 3. Използвайте закона за идеалния газ, за да конвертирате литри газ, ако не е при условия STP

Ако реакцията в проблема не протича при условия на STP, трябва да използвате закона за идеалния газ PV = nRT, за да изчислите броя на моловете в реакцията. P е налягането в атмосферни единици, V е обемът в литри, n е броят молове, R е константата на газовия закон, 0.0821 l-atm/mol-градуси, а T е температурата в градуси по Келвин.

Това уравнение може да бъде пренаредено за изчисляване на молове, за да стане: n = RT/PV.
Единиците на газовата константа са проектирани да елиминират всички други променливи на единицата.
Например, определете броя на бенките в 2,4 литра О₂ при 300 К и 1,5 атм. Включвайки променливите в уравнението, получаваме: n = (0.0821 x 300)/(1, 5 x 2) = 24, 63/3, 6 = 6, 842 мола O₂.

Част 4 от 4: Преобразуване на литри течности и мол

Стъпка 1. Изчислете плътността на течността

Понякога химическите уравнения ви дават обема на течния реагент и ви молят да изчислите броя грамове или молове, необходими за реакцията. За да преобразувате обема на течността в грамове, се нуждаете от плътността на течността. Плътността се изразява в единици маса/обем.

Ако плътността е неизвестна в проблема, може да се наложи да я потърсите в учебник или в интернет

Стъпка 2. Преобразувайте обема в милилитри (ml)

За да преобразувате обема на течността в маса (g), трябва да използвате нейната плътност. Плътността се изразява в грамове на милилитър (g/ml), така че обемът на течността също трябва да бъде изразен в милилитри, за да се изчисли.

Разберете известния обем. Например, нека кажем в задачата, че обемът на H. е известен₂O е 1 литър. За да го преобразувате в ml, просто трябва да го умножите по 1000, защото има 1000 ml в 1 литър вода.

Стъпка 3. Умножете обема по плътността

При умножаване на обема (ml) по неговата плътност (g/ml), единиците ml се губят и остава само броят на грамовете на съединението.

Например плътността Н₂О е 18.0134 g/ml. Ако химичното уравнение казва, че има 500 ml H₂О, броят на грамовете в съединението е 500 ml x 18.0134 g/ml или 9006, 7 g.

Стъпка 4. Изчислете моларната маса на реагентите

Моларната маса е броят грамове (g) в един мол съединение. Тази единица ви позволява да променяте единиците грамове и молове в съединение. За да изчислите моларната маса, трябва да определите колко молекули на елемента са в съединението, както и атомната маса на всеки елемент в съединението.

Определете броя на атомите на всеки елемент в съединението. Например глюкозата е С₆З₁₂О₆, и се състои от 6 въглеродни атома, 12 водородни атома и 6 кислородни атома.
Разберете атомната маса в грамове на мол (g/mol) на всеки атом. Атомните маси на елементите в глюкозата са: въглерод, 12.0107 g/mol; водород, 1.007 g/mol; и кислород, 15,9994 g/mol.
Умножете атомната маса на всеки елемент по броя на атомите, присъстващи в съединението. Въглерод: 12.0107 x 6 = 72.0642 g/mol; водород: 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; кислород: 15.9994 x 6 = 95.9964 g/mol.
Добавете резултатите от умножението по -горе, за да получите моларната маса на съединението, която е 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. И така, масата на един мол глюкоза е 180,14 грама.

Стъпка 5. Преобразувайте броя грамове на съединение в молове, използвайки моларната маса

Използвайки моларната маса като коефициент на конверсия, можете да изчислите броя на моловете, присъстващи в даден брой грамове проба. Разделете броя грамове (g) на известното съединение с моларната маса (g/mol). Лесен начин да проверите изчисленията си е да се уверите, че мерните единици се отменят и оставят само бенките.

Например: колко бенки има в 8,2 грама хлороводород (HCl)?
Атомната маса на Н е 1.0007 и Cl е 35.453, така че моларната маса на съединението е 1.007 + 35.453 = 36.46 g/mol.
Разделянето на броя грамове на съединението на моларната маса дава: 8.2 g/(36.46 g/mol) = 0.225 mol HCl.

Съдържание:

Видео: Как се прави стехиометрия (със снимки)