Pri chemickej reakcii nemožno hmotu vytvárať ani ničiť, takže produkty reakcie sa musia rovnať počtu reakčných zložiek v reakcii. Stechiometria je štúdium kvantitatívneho vzťahu prvkov v reakcii, ktoré zahŕňa výpočet hmotnosti reaktantov a produktov v nich. Stechiometria je kombináciou matematiky a chémie a je aplikovaná na základe jedného jednoduchého princípu vyššie, že hmota v reakcii nikdy nerastie ani neklesá. Prvým krokom k vyriešeniu akéhokoľvek problému s chémiou je vyváženie rovníc.
Krok
Časť 1 zo 4: Vyvažovanie chemických rovníc
Krok 1. Napíšte počet atómov, ktoré tvoria každú zlúčeninu, na oboch stranách rovnice
Chemické rovnice vám môžu pomôcť identifikovať atómy každého prvku v reakcii. V chemickej reakcii nemôže byť látka ani vytvorená, ani zničená, takže rovnica je údajne nerovná, ak počet (a typy) atómov zložiek na oboch stranách rovnice nie je úplne rovnaký.
- Nezabudnite vynásobiť počet atómov koeficientom alebo číslom pod čiarou, ak ho máte.
- Napríklad H.2SO4 + Fe - Fe2(SO4)3 + H2
- Na ľavej strane (reaktanty) rovnice sú 2 H, 1 S, 4 O a 1 Fe.
- Na pravej (produktovej) strane rovnice sú 2 H, 3 S, 12 O a 2 Fe.
Krok 2. Pred iné prvky ako kyslík a vodík pridajte koeficienty na vyváženie oboch strán rovnice
Nájdite najmenší spoločný násobok prvkov iných ako kyslík a vodík, aby ste vyrovnali počet atómov na oboch stranách rovnice.
- Napríklad najmenej spoločný násobok (LCM) medzi 2 a 1 je 2 pre Fe. Vyrovnajte ho teda pridaním čísla 2 pred prvok Fe na ľavej strane.
- LCM medzi 3 a 1 je 3 pre prvok S. Takže pred zlúčeninu H pridajte číslo 32SO4 na vyváženie pravej a ľavej strany rovnice.
- V tejto fáze bude rovnica vyššie uvedeného príkladu: 3 H2SO4 + 2 Fe - Fe2(SO4)3 + H2
Krok 3. Vyvážte atómy vodíka a kyslíka
Počet atómov vodíka a kyslíka je naposledy vyvážený, pretože sú spravidla prítomné v niekoľkých molekulách na oboch stranách rovnice. V kroku vyvažovania tejto rovnice nezabudnite prepočítať atómy po pridaní koeficientov pred molekuly.
- V tomto prípade pridáme pred zlúčeninu H číslo 32SO4"Takže teraz je 6 atómov vodíka na ľavej strane, ale iba 2 atómy vodíka na pravej strane rovnice." V súčasnej dobe máme tiež 12 atómov kyslíka na ľavej strane a 12 atómov kyslíka na pravej strane, takže atómy kyslíka sú ekvivalentné.
- Atómy vodíka môžeme vyvážiť pridaním čísla 3 pred H2.
- Konečná rovnica po vyrovnaní je 3 H2SO4 + 2 Fe - Fe2(SO4)3 + 3 h2.
Krok 4. Prepočítajte atómy na oboch stranách rovnice, aby ste sa uistili, že sú rovnaké
Keď budete hotoví, prepočítajte a znova skontrolujte rovnosť, je to správny krok. Môžete to urobiť tak, že spočítate všetky atómy na oboch stranách rovnice a uistíte sa, že sú rovnaké.
- Znova skontrolujte rovnosť našej rovnice, 3 H2SO4 + 2 Fe - Fe2(SO4)3 + 3 h2.
- Na ľavej strane šípky je 6 H, 3 S, 12 O a 2 Fe.
- Na pravej strane šípky sú 2 Fe, 3 S, 12 O a 6 H.
- Počet atómov na pravej a ľavej strane je úplne rovnaký, takže táto rovnica je už ekvivalentná.
Časť 2 zo 4: Premena gramov a mol
Krok 1. Vypočítajte molárnu hmotnosť hmotnosti danej zlúčeniny v gramoch
Molárna hmotnosť je počet gramov (g) v jednom móle zlúčeniny. Táto jednotka vám umožní ľahko previesť gramy a moly zlúčeniny. Na výpočet molárnej hmotnosti potrebujete vedieť, koľko molekúl prvku je v zlúčenine, ako aj atómovú hmotnosť každého prvku v zlúčenine.
- Zistite počet atómov každého prvku v zlúčenine. Napríklad glukóza je C.6H12O6Skladá sa zo 6 atómov uhlíka, 12 atómov vodíka a 6 atómov kyslíka.
- Zistite atómovú hmotnosť každého atómu v gramoch na mol (g/mol). Atómové hmotnosti prvkov, ktoré tvoria glukózu, sú: uhlík, 12,0107 g/mol; vodík, 1,007 g/mol; a kyslík, 15 9994 g/mol.
- Hmotnosť každého atómu vynásobte počtom atómov prítomných v zlúčenine. Uhlík: 12,0107 x 6 = 72,0642 g/mol; vodík: 1,007 x 12 = 12 084 g/mol; kyslík: 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
- Súčet všetkých vyššie uvedených produktov je molárna hmotnosť zlúčeniny. 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Alebo inými slovami, hmotnosť jednej molekuly glukózy je 180,14 gramov.
Krok 2. Konvertujte hmotnosť zlúčeniny na móly pomocou molárnej hmotnosti
Molárnu hmotnosť je možné použiť ako konverzný faktor, takže môžete vypočítať počet mólov v danom počte gramov vzorky. Známu hmotnosť (g) vydelte molárnou hmotnosťou (g/mol). Jednoduchý spôsob, ako skontrolovať svoje výpočty, je zaistiť, aby sa jednotky navzájom rušili a ponechali iba krtky.
- Napríklad: koľko mólov je v 8,2 gramoch chlorovodíka (HCl)?
- Atómová hmotnosť H je 1 0007 a Cl je 35,453, takže molárna hmotnosť vyššie uvedenej zlúčeniny je 1,007 + 35,453 = 36,46 g/mol.
- Rozdelením počtu gramov zlúčeniny na jej molárnu hmotnosť sa získa: 8,2 g / (36,46 g / mol) = 0,225 mol HCl.
Krok 3. Určte molárny pomer medzi reakčnými zložkami
Na určenie množstva produktu vyrobeného v reakcii musíte určiť molárny pomer. Molárny pomer je pomer zlúčenín, ktoré navzájom reagujú, a je indikovaný ekvivalentnými koeficientmi zlúčenín v reakcii.
- Aký je napríklad molárny pomer KClO3 s O2 v reakcii s 2 KClO3 - 2 KCl + 302.
- Najprv sa uistite, že vyššie uvedené rovnice sú ekvivalentné. Nikdy nezabudnite na tento krok, inak bude získaný molárny pomer chybný. V tomto prípade sú množstvá každého prvku na oboch stranách rovnice rovnaké, takže reakcia je vyvážená.
- Pomer medzi KClO3 s O2 je 2/3. Môžete vložiť ľubovoľné číslo nad a pod, pokiaľ predstavuje vhodnú zlúčeninu celého problému.
Krok 4. Vynásobením kríža molárnym pomerom zistíte počet mólov druhého reaktantu
Na výpočet počtu mólov zlúčeniny vyrobenej alebo potrebnej na reakciu môžete použiť molárny pomer. Chemické problémy vás spravidla požiadajú, aby ste určili počet krtkov potrebných alebo vyrobených v reakcii z hmotnosti (gramov) určitého reaktantu.
- Napríklad v reakčnej rovnici N2 + 3 h2 - 2 NH3 koľko mólov NH3 čo by vyplynulo z 3,00 gramov N.2 ktorý reaguje s H2 v dostatočnom množstve?
- V tomto prípade H.2 k dispozícii v dostatočnom množstve a na vyriešenie problému ich nemusíte počítať.
- Najprv zmeňte jednotky gramov N.2 byť krtkovia. Atómová hmotnosť dusíka je 14,0067 g/mol, takže molárna hmotnosť je N.2 je 28,0134 g/mol. Delenie na hmotnosť a molárnu hmotnosť poskytne 3,00 g/28,0134 g/mol = 0,107 mol.
- Vypočítajte pomer v úlohe: NH3: N.2 = x/0, 107 mólov.
- Tento pomer vynásobte molárnym pomerom NH3 s N.2: 2: 1 x/0, 107 mólov = 2/1 = (2 x 0, 107) = 1x = 0,214 mólov.
Krok 5. Premeňte tento počet mólov späť na hmotnosť pomocou molárnej hmotnosti zlúčeniny
Znovu použijete molárnu hmotnosť, ale teraz je molárna hmotnosť potrebná ako multiplikátor, aby sa počet krtkov vrátil na gramy. Uistite sa, že používate správnu molárnu hmotnosť zlúčeniny.
Molárna hmotnosť NH3 je 17,028 g/mol. Takže 0,214 mólov x (17 028 gramov/mol) = 3,647 gramov NH3.
Časť 3 zo 4: Konverzia litrov a plynu v litroch
Krok 1. Zistite, či reakcia prebieha pri štandardnom tlaku a teplote (STP)
STP je súbor podmienok, ktoré umožňujú 1 mólu ideálneho plynu naplniť objem 22,414 litra (l). Štandardná teplota je 273,15 Kelvinov (K) a štandardný tlak je 1 atmosféra (atm).
Spravidla pri problémoch bude uvedené, že reakcia prebieha pri 1 atm a 273 K alebo v STP
Krok 2. Na konverziu počtu litrov plynu na móly plynu použite konverzný faktor 22,414 l/mol
Ak reakcia prebieha za podmienok STP, môžete na výpočet počtu mólov v známom objeme plynu použiť 22,414 l/mol. Rozdeľte objem plynu (l) týmto konverzným faktorom a zistite počet mólov.
Napríklad na premenu 3,2 litra N.2 plyn na móly: 3,2 l/22, 414 l/mol = 0,143 mol.
Krok 3. Použite zákon o ideálnom plyne na premenu litrov plynu, ak nie je v podmienkach STP
Ak reakcia v probléme neprebieha za podmienok STP, musíte na výpočet počtu krtkov v reakcii použiť zákon ideálneho plynu PV = nRT. P je tlak v atmosférických jednotkách, V je objem v litroch, n je počet mólov, R je konštanta zákona o plyne, 0,0821 l-atm/mol-stupňov a T je teplota v stupňoch Kelvina.
- Túto rovnicu je možné usporiadať tak, aby vypočítavala móly, a stala sa tak: n = RT/PV.
- Jednotky plynovej konštanty sú navrhnuté tak, aby eliminovali všetky ostatné jednotkové premenné.
- Určte napríklad počet krtkov v 2,4 litroch O2 pri 300 K a 1,5 atm. Po vložení premenných do rovnice získame: n = (0,0821 x 300)/(1, 5 x 2) = 24, 63/3, 6 = 6, 842 mólov O2.
Časť 4 zo 4: Konverzia litrov kvapalín a mol
Krok 1. Vypočítajte hustotu kvapaliny
Chemické rovnice vám niekedy poskytnú objem kvapalného reaktantu a požiadajú vás, aby ste vypočítali počet gramov alebo mólov potrebných na reakciu. Na premenu objemu kvapaliny na gramy potrebujete hustotu kvapaliny. Hustota je vyjadrená v jednotkách hmotnosti/objemu.
Ak hustota problému nie je známa, možno ho budete musieť nájsť v učebnici alebo na internete
Krok 2. Premeňte objem na mililitre (ml)
Na premenu objemu kvapaliny na hmotnosť (g) musíte použiť jej hustotu. Hustota je vyjadrená v gramoch na mililiter (g/ml), takže objem kvapaliny musí byť na jej výpočet tiež vyjadrený v mililitroch.
Zistite známy objem. Povedzme napríklad v probléme, že je známy objem H.2O je 1 liter. Ak ho chcete previesť na ml, stačí ho vynásobiť 1000, pretože v 1 litri vody je 1000 ml.
Krok 3. Vynásobte objem hustotou
Pri vynásobení objemu (ml) jeho hustotou (g/ml) sa jednotky ml stratia a zostane počet gramov zlúčeniny.
Napríklad hustota H2O je 18,0134 g/ml. Ak chemická rovnica hovorí, že existuje 500 ml H2O, počet gramov v zlúčenine je 500 ml x 18,0134 g/ml alebo 9006,7 g.
Krok 4. Vypočítajte molárnu hmotnosť reaktantov
Molárna hmotnosť je počet gramov (g) v jednom móle zlúčeniny. Táto jednotka vám umožňuje zmeniť jednotky gramov a mólov v zlúčenine. Na výpočet molárnej hmotnosti musíte určiť, koľko molekúl prvku je v zlúčenine, ako aj atómovú hmotnosť každého prvku v zlúčenine.
- Určte počet atómov každého prvku v zlúčenine. Napríklad glukóza je C.6H12O6Skladá sa zo 6 atómov uhlíka, 12 atómov vodíka a 6 atómov kyslíka.
- Zistite atómovú hmotnosť každého atómu v gramoch na mol (g/mol). Atómové hmotnosti prvkov v glukóze sú: uhlík, 12,0107 g/mol; vodík, 1,007 g/mol; a kyslík, 15 9994 g/mol.
- Atómovú hmotnosť každého prvku vynásobte počtom atómov prítomných v zlúčenine. Uhlík: 12,0107 x 6 = 72,0642 g/mol; vodík: 1,007 x 12 = 12 084 g/mol; kyslík: 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
- Pridajte výsledky znásobenia vyššie, aby ste získali molárnu hmotnosť zlúčeniny, ktorá je 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Hmotnosť jedného molu glukózy je 180,14 gramov.
Krok 5. Konvertujte počet gramov zlúčeniny na móly pomocou molárnej hmotnosti
Použitím molárnej hmotnosti ako konverzného faktora môžete vypočítať počet mólov prítomných v danom počte gramov vzorky. Počet gramov (g) známej zlúčeniny sa vydelí molárnou hmotnosťou (g/mol). Jednoduchý spôsob, ako skontrolovať svoje výpočty, je zaistiť, aby sa jednotky navzájom rušili a ponechali iba krtky.
- Napríklad: koľko mólov je v 8,2 gramoch chlorovodíka (HCl)?
- Atómová hmotnosť H je 1 0007 a Cl je 35,453, takže molárna hmotnosť zlúčeniny je 1,007 + 35,453 = 36,46 g/mol.
- Rozdelením počtu gramov zlúčeniny na molárnu hmotnosť sa získa: 8,2 g/(36,46 g/mol) = 0,225 mol HCl.
