Kā veikt stehiometriju (ar attēliem)

2024 Autors: Jason Gerald | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-15 08:19

Ķīmiskajā reakcijā matēriju nevar ne radīt, ne iznīcināt, tāpēc reakcijas produktiem jābūt vienādiem ar reaģējošo vielu skaitu reakcijā. Stehiometrija ir reakcijas elementu kvantitatīvo attiecību izpēte, kas ietver reaģentu un tajos esošo produktu masas aprēķināšanu. Stehiometrija ir matemātikas un ķīmijas kombinācija, un to piemēro, pamatojoties uz vienu vienkāršu principu, kas ir iepriekš minēts, ka matērija nekad nepalielinās vai nesamazinās reakcijā. Pirmais solis jebkuras ķīmijas problēmas risināšanā ir vienādojumu līdzsvarošana.

Solis

1. daļa no 4: Līdzsvarojošie ķīmiskie vienādojumi

1. solis. Pierakstiet atomu skaitu, kas veido katru savienojumu abās vienādojuma pusēs

Ķīmiskie vienādojumi var palīdzēt noteikt katra reakcijas elementa atomus. Ķīmiskajā reakcijā matēriju nevar ne radīt, ne iznīcināt, tāpēc tiek uzskatīts, ka vienādojums ir nevienlīdzīgs, ja vienādojumu atomu skaits (un veidi) abās vienādojuma pusēs nav gluži vienādi.

• Neaizmirstiet reizināt atomu skaitu ar koeficientu vai skaitli zem līnijas, ja tāds ir.
• Piemēram, H.₂TĀ₄ + Fe - Fe₂(TĀ₄)₃ + H₂
• Vienādojuma kreisajā pusē (reaģenti) ir 2 H, 1 S, 4 O un 1 Fe.
• Vienādojuma labajā (produkta) pusē ir 2 H, 3 S, 12 O un 2 Fe.

Solis 2. Pievienojiet koeficientus citu elementu priekšā, izņemot skābekli un ūdeņradi, lai līdzsvarotu abas vienādojuma puses

Atrodiet vismazāk kopīgo elementu daudzkārtni, izņemot skābekli un ūdeņradi, lai izlīdzinātu atomu skaitu abās vienādojuma pusēs.

• Piemēram, vismazāk izplatītais reizinājums (LCM) starp 2 un 1 ir 2 Fe. Tātad, pievienojiet skaitli 2 Fe elementa priekšā kreisajā pusē, lai to līdzsvarotu.
• LCM starp 3 un 1 ir 3 elementam S. Tātad, pievienojiet skaitli 3 savienojuma H priekšā₂TĀ₄ lai līdzsvarotu vienādojuma labo un kreiso pusi.
• Šajā posmā iepriekš minētā piemēra vienādojums būs šāds: 3 H₂TĀ₄ + 2 Fe - Fe₂(TĀ₄)₃ + H₂

Solis 3. Līdzsvarojiet ūdeņraža un skābekļa atomus

Ūdeņraža un skābekļa atomu skaits pēdējo reizi ir līdzsvarots, jo tie parasti atrodas vairākās molekulās abās vienādojuma pusēs. Šī vienādojuma līdzsvarošanas posmā neaizmirstiet pārrēķināt atomus pēc koeficientu pievienošanas molekulām.

• Šajā piemērā mēs pievienojam skaitli 3 savienojuma H priekšā₂TĀ₄, tāpēc tagad kreisajā pusē ir 6 ūdeņraža atomi, bet vienādojuma labajā pusē ir tikai 2 ūdeņraža atomi. Mums arī šobrīd ir 12 skābekļa atomi kreisajā pusē un 12 skābekļa atomi labajā pusē, tāpēc skābekļa atomi ir līdzvērtīgi.
• Mēs varam līdzsvarot ūdeņraža atomus, pievienojot skaitli 3 H priekšā₂.
• Galīgais vienādojums pēc līdzsvarošanas ir 3 H₂TĀ₄ + 2 Fe - Fe₂(TĀ₄)₃ + 3 H₂.

Solis 4. Saskaitiet atomus abās vienādojuma pusēs, lai pārliecinātos, ka tie ir vienādi

Kad tas ir izdarīts, pārrēķiniet un vēlreiz pārbaudiet, vai vienlīdzība ir pareizais solis. To var izdarīt, saskaitot visus atomus abās vienādojuma pusēs un pārliecinoties, ka tie ir vienādi.

• Vēlreiz pārbaudiet mūsu vienādojuma vienādību, 3 H₂TĀ₄ + 2 Fe - Fe₂(TĀ₄)₃ + 3 H₂.
• Bultas kreisajā pusē ir 6 H, 3 S, 12 O un 2 Fe.
• Bultas labajā pusē ir 2 Fe, 3 S, 12 O un 6 H.
• Atomu skaits labajā un kreisajā pusē ir tieši tāds pats, tāpēc šis vienādojums jau ir līdzvērtīgs.

2. daļa no 4: Gramu un Mol konvertēšana

Solis 1. Aprēķiniet dotā savienojuma masas molmasu gramos

Molārā masa ir gramu (g) skaits vienā savienojuma molā. Šī vienība ļauj viegli pārvērst savienojuma gramus un molu. Lai aprēķinātu molmasu, jums jāzina, cik elementa molekulu ir savienojumā, kā arī katra savienojuma elementa atomu masa.

• Atrodiet katra elementa atomu skaitu savienojumā. Piemēram, glikoze ir C₆H₁₂O₆un sastāv no 6 oglekļa atomiem, 12 ūdeņraža atomiem un 6 skābekļa atomiem.
• Uzziniet katra atoma atomu masu gramos uz molu (g/mol). Elementu, kas veido glikozi, atomu masas ir: ogleklis, 12,0107 g/mol; ūdeņradis, 1,007 g/mol; un skābeklis - 15 9994 g/mol.
• Reiziniet katra atoma masu ar savienojumā esošo atomu skaitu. Ogleklis: 12,0107 x 6 = 72,0642 g/mol; ūdeņradis: 1,007 x 12 = 12 084 g/mol; skābeklis: 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
• Visu iepriekš minēto produktu summa ir savienojuma molārā masa. 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Citiem vārdiem sakot, vienas glikozes molekulas masa ir 180,14 grami.

2. solis. Pārveidojiet savienojuma masu par molu, izmantojot molmasu

Molu masu var izmantot kā konversijas koeficientu, lai jūs varētu aprēķināt molu skaitu noteiktā parauga gramos. Sadaliet zināmo masu (g) ar molāro masu (g/mol). Vienkāršs veids, kā pārbaudīt aprēķinus, ir pārliecināties, ka vienības atceļ viena otru un atstāj tikai molu.

• Piemēram: cik molu ir 8,2 gramos hlorūdeņraža (HCl)?
• H atomu masa ir 10007 un Cl ir 35,453, tāpēc iepriekš minētā savienojuma molārā masa ir 1,007 + 35,453 = 36,46 g/mol.
• Sadalot savienojuma gramu skaitu ar tā molāro masu, iegūst: 8,2 g / (36,46 g / mol) = 0,225 mol HCl.

3. solis. Nosakiet reaģentu molu attiecību

Lai noteiktu reakcijā saražotā produkta daudzumu, jums jānosaka molārā attiecība. Molu attiecība ir savstarpēji reaģējošo savienojumu attiecība, un to norāda reakcijas koeficienti, kas ir bijuši līdzvērtīgi.

• Piemēram, kāda ir KClO molārā attiecība₃ ar O.₂ 2 KClO reakcijā₃ - 2 KCl + 3 O₂.
• Vispirms pārliecinieties, vai iepriekš minētie vienādojumi ir līdzvērtīgi. Nekad neaizmirstiet šo soli, pretējā gadījumā iegūtā molārā attiecība būs nepareiza. Šajā piemērā katra elementa daudzums abās vienādojuma pusēs ir vienāds, tāpēc reakcija ir līdzsvarota.
• Attiecība starp KClO₃ ar O.₂ ir 2/3. Jūs varat ievietot jebkuru skaitli virs un zem, ja vien tas ir atbilstošs savienojums visā problēmā.

Solis 4. Reiziniet krustu ar molāro attiecību, lai atrastu otra reaģenta molu skaitu

Lai aprēķinātu reakcijā saražotā vai nepieciešamā savienojuma molu skaitu, varat izmantot molāro attiecību. Ķīmijas problēmas parasti lūgs jums noteikt vajadzīgo vai reakcijā radīto molu skaitu no noteikta reaģenta masas (gramos).

• Piemēram, reakcijas vienādojumā N₂ + 3 H₂ - 2 NH₃ cik molu NH₃ kas rodas no 3,00 gramiem N₂ kas reaģē ar H₂ pietiekamā daudzumā?
• Šajā piemērā H.₂ pieejams pietiekamā daudzumā, un jums tie nav jāskaita, lai atrisinātu problēmu.
• Vispirms nomainiet gramu vienības N₂ esi kurmji. Slāpekļa atomu masa ir 14,0067 g/mol, tātad molārā masa ir N₂ ir 28,0134 g/mol. Sadalot masu un molāro masu, tiks iegūti 3,00 g/28,0134 g/mol = 0,107 mol.
• Aprēķiniet uzdevuma attiecību: NH₃: N₂ = x/0, 107 moli.
• Krustu reiziniet šo attiecību ar NH molāro attiecību₃ ar N.₂: 2: 1 x/0, 107 moli = 2/1 = (2 x 0, 107) = 1x = 0,214 moli.

Solis 5. Pārvērtiet šo molu skaitu atpakaļ uz masu, izmantojot savienojuma molmasu

Jūs atkal izmantosiet molāro masu, bet tagad molārā masa ir nepieciešama kā reizinātājs, lai molu skaitu atgrieztu gramos. Noteikti izmantojiet pareizo savienojuma molmasu.

Molārā masa NH₃ ir 17,028 g/mol. Tātad 0,214 moli x (17 028 grami/mol) = 3,647 grami NH₃.

3. daļa no 4: Gāzes un Mol litru konvertēšana

1. solis. Uzziniet, vai reakcija notiek standarta spiedienā un temperatūrā (STP)

STP ir nosacījumu kopums, kas ļauj 1 mol ideālas gāzes uzpildīt 22,414 litru (l) tilpumu. Standarta temperatūra ir 273, 15 Kelvins (K), un standarta spiediens ir 1 atmosfēra (atm).

Parasti problēmās tiks norādīts, ka reakcija notiek pie 1 atm un 273 K vai STP

2. solis. Izmantojiet konversijas koeficientu 22 414 l/mol, lai gāzes litru skaitu pārvērstu gāzes molos

Ja reakcija notiek STP apstākļos, varat izmantot 22,414 l/mol, lai aprēķinātu molu skaitu zināmā gāzes tilpumā. Sadaliet gāzes tilpumu (l) ar šo konversijas koeficientu, lai atrastu molu skaitu.

Piemēram, lai pārvērstu 3,2 litrus N₂ gāze līdz molu: 3,2 l/22, 414 l/mol = 0,143 mol.

3. solis. Izmantojiet ideālās gāzes likumu, lai pārvērstu litrus gāzes, ja ne STP apstākļos

Ja problēma problēma nenotiek STP apstākļos, jums jāizmanto ideālās gāzes likums PV = nRT, lai aprēķinātu molu skaitu reakcijā. P ir spiediens atmosfēras vienībās, V ir tilpums litros, n ir molu skaits, R ir gāzes likuma konstante, 0,0821 l-atm/mol-grādi, un T ir temperatūra Kelvina grādos.

• Šo vienādojumu var pārkārtot, lai aprēķinātu molu, lai kļūtu: n = RT/PV.
• Gāzes konstantes vienības ir paredzētas, lai novērstu visus pārējos vienības mainīgos.
• Piemēram, nosakiet molu skaitu 2,4 litros O₂ pie 300 K un 1,5 atm. Pievienojot mainīgos vienādojumam, mēs iegūstam: n = (0,0821 x 300)/(1, 5 x 2) = 24, 63/3, 6 = 6, 842 moli O₂.

4. daļa no 4: Šķidrumu litru un mol

Solis 1. Aprēķiniet šķidruma blīvumu

Dažreiz ķīmiskie vienādojumi sniedz šķidrā reaģenta tilpumu un lūdz aprēķināt reakcijai nepieciešamo gramu vai molu skaitu. Lai šķidruma tilpumu pārvērstu gramos, jums ir nepieciešams šķidruma blīvums. Blīvumu izsaka masas/tilpuma vienībās.

Ja problēmas blīvums nav zināms, iespējams, tas būs jāmeklē mācību grāmatā vai internetā

2. solis. Pārvērtiet tilpumu mililitros (ml)

Lai šķidruma tilpumu pārvērstu masā (g), jāizmanto tā blīvums. Blīvumu izsaka gramos mililitrā (g/ml), tāpēc, lai to aprēķinātu, šķidruma tilpums jāizsaka arī mililitros.

Uzziniet zināmo apjomu. Piemēram, uzdevumā pieņemsim, ka H. tilpums ir zināms₂O ir 1 litrs. Lai to pārvērstu ml, jums tas vienkārši jāreizina ar 1000, jo 1 litrā ūdens ir 1000 ml.

Solis 3. Reiziniet tilpumu ar blīvumu

Reizinot tilpumu (ml) ar tā blīvumu (g/ml), tiek zaudētas ml vienības un paliek savienojuma gramu skaits.

Piemēram, blīvums H₂O ir 18,0134 g/ml. Ja ķīmiskais vienādojums saka, ka ir 500 ml H₂O, gramu skaits savienojumā ir 500 ml x 18,0134 g/ml vai 9006, 7 g.

4. solis. Aprēķiniet reaģentu molmasu

Molārā masa ir gramu skaits (g) vienā savienojuma molā. Šī vienība ļauj mainīt savienojuma gramu un molu vienības. Lai aprēķinātu molmasu, jums jānosaka, cik elementa molekulu ir savienojumā, kā arī katra savienojuma elementa atomu masa.

• Nosakiet katra elementa atomu skaitu savienojumā. Piemēram, glikoze ir C₆H₁₂O₆un sastāv no 6 oglekļa atomiem, 12 ūdeņraža atomiem un 6 skābekļa atomiem.
• Uzziniet katra atoma atomu masu gramos uz molu (g/mol). Elementu atomu masas glikozē ir: ogleklis, 12,0107 g/mol; ūdeņradis, 1,007 g/mol; un skābeklis - 15 9994 g/mol.
• Reiziniet katra elementa atomu masu ar savienojumā esošo atomu skaitu. Ogleklis: 12,0107 x 6 = 72,0642 g/mol; ūdeņradis: 1,007 x 12 = 12 084 g/mol; skābeklis: 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
• Pievienojiet iepriekš minētos reizināšanas rezultātus, lai iegūtu savienojuma molmasu, kas ir 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Tātad viena mola glikozes masa ir 180,14 grami.

Solis 5. Pārveidojiet savienojuma gramu skaitu molu veidā, izmantojot molmasu

Izmantojot molmasu kā konversijas koeficientu, jūs varat aprēķināt molu skaitu noteiktā gramu parauga skaitā. Sadaliet zināmā savienojuma gramu (g) skaitu ar molmasu (g/mol). Vienkāršs veids, kā pārbaudīt aprēķinus, ir pārliecināties, ka vienības atceļ viena otru un atstāj tikai molu.

• Piemēram: cik molu ir 8,2 gramos hlorūdeņraža (HCl)?
• H atomu masa ir 10007 un Cl ir 35,453, tāpēc savienojuma molārā masa ir 1,007 + 35,453 = 36,46 g/mol.
• Sadalot savienojuma gramu skaitu ar molāro masu, iegūst: 8,2 g/(36,46 g/mol) = 0,225 mol HCl.