Kako uraditi stehiometriju (sa slikama)

2024 Autor: Jason Gerald | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-15 08:10

U kemijskoj reakciji tvar se ne može niti stvoriti niti uništiti, pa produkti reakcije moraju biti jednaki broju reaktanata u reakciji. Stehiometrija je proučavanje kvantitativnog odnosa elemenata u reakciji, koje uključuje izračunavanje mase reaktanata i produkata u njima. Stehiometrija je kombinacija matematike i hemije i primjenjuje se na osnovu jednog jednostavnog gore navedenog principa, da se materija nikada ne povećava ili smanjuje u reakciji. Prvi korak u rješavanju bilo kojeg hemijskog problema je uravnotežiti jednadžbe.

Korak

Dio 1 od 4: Balansiranje hemijskih jednačina

Korak 1. Zapišite broj atoma koji čine svaki spoj s obje strane jednadžbe

Kemijske jednadžbe mogu vam pomoći identificirati atome svakog elementa u reakciji. U kemijskoj reakciji tvar se ne može niti stvoriti niti uništiti, pa se za jednadžbu kaže da je nejednaka ako broj (i tipovi) sastavnih atoma s obje strane jednadžbe nisu potpuno isti.

• Ne zaboravite pomnožiti broj atoma s koeficijentom ili brojem ispod crte ako ga imate.
• Na primjer, H₂SO₄ + Fe - Fe₂(SO₄)₃ + H₂
• Na lijevoj strani (reaktanti) jednadžbe nalaze se 2 H, 1 S, 4 O i 1 Fe.
• Na desnoj strani (jednadžbe) jednadžbe nalaze se 2 H, 3 S, 12 O i 2 Fe.

Korak 2. Dodajte koeficijente ispred elemenata osim kisika i vodika kako biste uravnotežili obje strane jednadžbe

Pronađite najmanji zajednički umnožak elemenata osim kisika i vodika kako biste izjednačili broj atoma s obje strane jednadžbe.

• Na primjer, najmanji zajednički višekratnik (LCM) između 2 i 1 je 2 za Fe. Dakle, dodajte broj 2 ispred elementa Fe na lijevoj strani kako biste ga uravnotežili.
• LCM između 3 i 1 je 3 za element S. Dakle, dodajte broj 3 ispred spoja H₂SO₄ za uravnoteženje desne i lijeve strane jednadžbe.
• U ovoj fazi, jednadžba gornjeg primjera bit će: 3 H₂SO₄ + 2 Fe - Fe₂(SO₄)₃ + H₂

Korak 3. Uravnotežite atome vodika i kisika

Broj atoma vodika i kisika posljednji je put uravnotežen jer su općenito prisutni u nekoliko molekula s obje strane jednadžbe. U koraku uravnoteženja ove jednadžbe ne zaboravite ponovno izračunati atome nakon što dodate koeficijente ispred molekula.

• U ovom primjeru dodajemo broj 3 ispred spoja H₂SO₄, tako da sada ima 6 atoma vodika na lijevoj strani, ali samo 2 vodikova atoma na desnoj strani jednadžbe. Trenutno također imamo 12 atoma kisika na lijevoj strani i 12 atoma kisika na desnoj strani, tako da su atomi kisika ekvivalentni.
• Atome vodika možemo uravnotežiti dodavanjem broja 3 ispred H₂.
• Konačna jednadžba nakon balansiranja je 3 H₂SO₄ + 2 Fe - Fe₂(SO₄)₃ + 3 H₂.

Korak 4. Prebrojte atome s obje strane jednadžbe kako biste bili sigurni da su istog broja

Kada to učinite, ponovo izračunajte i dvaput provjerite je li jednakost pravi korak. To možete učiniti dodavanjem svih atoma s obje strane jednadžbe i provjerom da li su isti.

• Ponovno provjerite jednakost naše jednadžbe, 3 H₂SO₄ + 2 Fe - Fe₂(SO₄)₃ + 3 H₂.
• Na lijevoj strani strelice nalaze se 6 H, 3 S, 12 O i 2 Fe.
• Na desnoj strani strelice su 2 Fe, 3 S, 12 O i 6 H.
• Broj atoma na desnoj i lijevoj strani je potpuno isti, pa je ova jednadžba već ekvivalentna.

Dio 2 od 4: Pretvaranje grama i mola

Korak 1. Izračunajte molarnu masu mase datog spoja u gramima

Molarna masa je broj grama (g) u jednom molu spoja. Ova jedinica vam omogućuje jednostavno pretvaranje grama i molova spoja. Da biste izračunali molarnu masu, morate znati koliko molekula elementa ima u spoju, kao i atomsku masu svakog elementa u spoju.

• Pronađi broj atoma svakog elementa u spoju. Na primjer, glukoza je C₆H₁₂O₆, a sastoji se od 6 atoma ugljika, 12 atoma vodika i 6 atoma kisika.
• Saznajte atomsku masu u gramima po molu (g/mol) svakog atoma. Atomske mase elemenata koji sačinjavaju glukozu su: ugljik, 12,0107 g/mol; vodik, 1.007 g/mol; i kisik, 15,9994 g/mol.
• Masu svakog atoma pomnožite s brojem atoma prisutnih u spoju. Ugljenik: 12.0107 x 6 = 72.0642 g/mol; vodonik: 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; kisik: 15.9994 x 6 = 95.9964 g/mol.
• Zbroj svih gore navedenih proizvoda je molarna masa spoja. 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Ili drugim riječima, masa jednog molekula glukoze je 180,14 grama.

Korak 2. Pretvorite masu spoja u molove koristeći molarnu masu

Molarna masa se može koristiti kao faktor konverzije, tako da možete izračunati broj molova u danom broju grama uzorka. Podijelite poznatu masu (g) s molarnom masom (g/mol). Jednostavan način da provjerite svoje proračune je da provjerite da li se jedinice međusobno poništavaju i ostavljaju samo madeže.

• Na primjer: koliko madeža ima u 8,2 grama klorovodika (HCl)?
• Atomska masa H je 1.0007, a Cl 35.453, pa je molarna masa gornjeg spoja 1.007 + 35.453 = 36.46 g/mol.
• Podjelom broja grama spoja s njegovom molarnom masom dobiva se: 8,2 g / (36,46 g / mol) = 0,225 mol HCl.

Korak 3. Odredite molarni odnos između reaktanata

Da biste odredili količinu proizvoda nastalu u reakciji, morate odrediti molarni omjer. Molarni omjer je omjer spojeva koji međusobno reagiraju, a naznačen je ekvivalentnim koeficijentima spojeva u reakciji.

• Na primjer, koji je molarni omjer KClO₃ sa O₂ u reakciji 2 KClO₃ - 2 KCl + 3 O₂.
• Prije svega, provjerite jesu li gornje jednadžbe ekvivalentne. Nikada ne zaboravite ovaj korak ili će dobiveni molarni omjer biti pogrešan. U ovom primjeru, iznosi svakog elementa s obje strane jednadžbe su jednaki, pa je reakcija uravnotežena.
• Odnos između KClO₃ sa O₂ je 2/3. Možete staviti bilo koji broj iznad i ispod, sve dok predstavlja odgovarajući spoj u cijelom problemu.

Korak 4. Pomnožite križ s molarnim omjerom kako biste pronašli broj molova drugog reaktanta

Da biste izračunali broj molova spoja proizvedenog ili potrebnog u reakciji, možete koristiti molarni omjer. Kemijski problemi obično će od vas tražiti da odredite broj potrebnih molova ili nastalih reakcijom iz mase (grama) određenog reaktanta.

• Na primjer, u jednadžbi reakcije N₂ + 3 H₂ - 2 NH₃ koliko molova NH₃ što bi proizvelo 3,00 grama N₂ koji reaguje sa H₂ u dovoljnoj količini?
• U ovom primjeru, H.₂ dostupne u dovoljnim količinama i ne morate ih brojati da biste riješili problem.
• Prvo promijenite jedinice grama N₂ biti krtice. Atomska masa dušika je 14,0067 g/mol pa je molarna masa N₂ iznosi 28,0134 g/mol. Podjela između mase i molarne mase dat će 3,00 g/28,0134 g/mol = 0,107 mol.
• Izračunajte omjer u problemu: NH₃: N₂ = x/0, 107 mola.
• Unakrsno pomnožite ovaj omjer s molarnim omjerom NH₃ sa N₂: 2: 1 x/0, 107 mola = 2/1 = (2 x 0, 107) = 1x = 0,214 mola.

Korak 5. Pretvorite ovaj broj molova nazad u masu koristeći molarnu masu spoja

Ponovo ćete koristiti molarnu masu, ali sada je molarna masa potrebna kao množitelj za vraćanje broja molova u gram. Pazite da koristite ispravnu molarnu masu spoja.

Molarna masa NH₃ iznosi 17,028 g/mol. Dakle 0,214 mola x (17,028 grama/mol) = 3,647 grama NH₃.

Dio 3 od 4: Pretvaranje litara plina i mola

Korak 1. Saznajte da li se reakcija odvija pri standardnom pritisku i temperaturi (STP)

STP je skup uslova koji dozvoljavaju 1 mol idealnog gasa da napuni zapreminu od 22.414 litara (l). Standardna temperatura je 273, 15 Kelvina (K), a standardni tlak je 1 atmosfera (atm).

Općenito, u problemima će biti navedeno da se reakcija odvija pri 1 atm i 273 K, ili u STP -u

Korak 2. Koristite faktor konverzije od 22,414 l/mol za pretvaranje broja litara plina u molove plina

Ako se reakcija odvija u STP uvjetima, možete koristiti 22,414 l/mol za izračun broja molova u poznatoj količini plina. Podijelite volumen plina (l) s ovim faktorom konverzije da biste pronašli broj molova.

Na primjer, za pretvaranje 3,2 litre N₂ plina u molovima: 3,2 l/22, 414 l/mol = 0,143 mol.

Korak 3. Koristite zakon idealnog gasa za pretvaranje litara gasa ako nije pod STP uslovima

Ako se reakcija u problemu ne odvija pod STP uvjetima, morate koristiti zakon idealnog plina PV = nRT za izračun broja molova u reakciji. P je tlak u atmosferskim jedinicama, V je volumen u litrama, n je broj molova, R je konstanta zakona plina, 0,0821 l-atm/mol-stupnjeva, a T je temperatura u stupnjevima Kelvina.

• Ova jednadžba se može preurediti za izračunavanje molova, kako bi postala: n = RT/PV.
• Jedinice plinske konstante dizajnirane su tako da eliminiraju sve ostale varijable jedinice.
• Na primjer, odredite broj madeža u 2,4 litre O₂ na 300 K i 1,5 atm. Uključivanjem varijabli u jednadžbu dobivamo: n = (0,0821 x 300)/(1, 5 x 2) = 24, 63/3, 6 = 6, 842 mola O₂.

Dio 4 od 4: Pretvaranje litara tekućina i mola

Korak 1. Izračunajte gustoću tečnosti

Ponekad vam kemijske jednadžbe daju zapreminu tekućeg reaktanta i traže od vas da izračunate broj grama ili molova potrebnih za reakciju. Za pretvaranje zapremine tečnosti u grame potrebna vam je gustina tečnosti. Gustoća se izražava u jedinicama mase/zapremine.

Ako gustoća nije poznata u problemu, možda ćete je morati potražiti u udžbeniku ili na internetu

Korak 2. Pretvorite volumen u mililitre (ml)

Da biste zapreminu tečnosti pretvorili u masu (g), morate koristiti njenu gustinu. Gustoća se izražava u gramima po mililitru (g/ml), pa se zapremina tekućine mora izraziti i u mililitrima kako bi se izračunala.

Saznajte poznati volumen. Na primjer, recimo u problemu da je volumen H. poznat₂O je 1 litra. Da biste ga pretvorili u ml, samo ga trebate pomnožiti s 1000 jer u 1 litru vode ima 1000 ml.

Korak 3. Pomnožite volumen s gustoćom

Kada se volumen (ml) pomnoži s njegovom gustoćom (g/ml), jedinice u ml se gube, a ostaje samo broj grama spoja.

Na primjer, gustoća H₂O je 18,0134 g/ml. Ako kemijska jednadžba kaže da ima 500 ml H₂O, broj grama u spoju je 500 ml x 18,0134 g/ml ili 9006,7 g.

Korak 4. Izračunajte molarnu masu reaktanata

Molarna masa je broj grama (g) u jednom molu spoja. Ova jedinica vam omogućuje da promijenite jedinice grama i mola u spoju. Da biste izračunali molarnu masu, morate odrediti koliko molekula elementa ima u spoju, kao i atomsku masu svakog elementa u spoju.

• Odredite broj atoma svakog elementa u spoju. Na primjer, glukoza je C₆H₁₂O₆, a sastoji se od 6 atoma ugljika, 12 atoma vodika i 6 atoma kisika.
• Saznajte atomsku masu u gramima po molu (g/mol) svakog atoma. Atomske mase elemenata u glukozi su: ugljik, 12,0107 g/mol; vodonik, 1.007 g/mol; i kisik, 15,9994 g/mol.
• Pomnožite atomsku masu svakog elementa s brojem atoma prisutnih u spoju. Ugljenik: 12.0107 x 6 = 72.0642 g/mol; vodonik: 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; kisik: 15.9994 x 6 = 95.9964 g/mol.
• Dodajte gore navedene rezultate množenja kako biste dobili molarnu masu spoja, koja je 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Dakle, masa jednog mola glukoze je 180,14 grama.

Korak 5. Pretvorite broj grama jedinjenja u molove pomoću molarne mase

Koristeći molarnu masu kao faktor konverzije, možete izračunati broj molova prisutnih u danom broju grama uzorka. Podijelite broj grama (g) poznatog spoja s molarnom masom (g/mol). Jednostavan način da provjerite svoje proračune je da provjerite da li se jedinice međusobno poništavaju i ostavljaju samo madeže.

• Na primjer: koliko madeža ima u 8,2 grama klorovodika (HCl)?
• Atomska masa H je 1.0007, a Cl 35.453, pa je molarna masa spoja 1.007 + 35.453 = 36.46 g/mol.
• Dijeljenjem broja grama jedinjenja sa molarnom masom dobija se: 8,2 g/(36,46 g/mol) = 0,225 mol HCl.