Основно съдържание

Химична библиотека

Курс: Химична библиотека > Раздел 5

Урок 2: Стехиометрия

Стехиометрия

Как да използваме моларните отношения от балансирана реакция, за да изчислим количествата реактанти

Въведение

Какво е общото между химията и курабийките? Оказва се, че имат много общи неща! Едно балансирано химично уравнение е рецептата за реакцията: то съдържа списък от реактанти (съставките) и продукти (курабийките), както и техните относителни пропорции.

Използването на балансирано химично уравнение за изчислението на количествата на реактантите и на продуктите се нарича стехиометрия. Тази супер-технологично звучаща дума означава просто използване на отношенията от балансираното уравнение. В тази статия ще обсъдим как да използваме моларните отношения, за да изчислим количеството рекатант, необходимо за реакцията.

Балансирани реакции и моларни отношения

Стехиометричните коефициенти са числата, които използваме, за да се уверим, че уравнението ни е балансирано. Можем да намерим отношенията, като използваме стехиометричните коефициенти, а отношенията ни дават относителни пропорции на съставките на нашата реакция. Можеш да срещнеш това отношение с името моларно отношение, стехиометричен фактор или стехиометрично отношение. Моларното отношение може да се използва като фактор за превръщане между различни количества.

Съвет за решаване на задачата: Първата и най-важна стъпка за всички стехиометрични задачи е еднаква без значение какво трябва да намериш - уравнението трябва да е балансирано! Ако уравнението не е балансирано, моларните отношения ще бъдат грешни и отговорите няма да бъдат правилни.

Например стехиометричните коефициенти на следното балансирано уравнение ни казват, че 1 мол start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript ще реагира с 2 мола start text, A, l, end text, за да се получат 2 мола start text, F, e, end text и 1 мол start text, A, l, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript.

[Защо липсват някои коефициенти? ]

start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, start color #11accd, 2, end color #11accd, start text, A, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, right arrow, start color #e84d39, 2, end color #e84d39, start text, F, e, end text, left parenthesis, l, right parenthesis, plus, start text, A, l, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis

Ако масата на реактанта е известна start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, можем да изчислим колко мола start text, A, l, end text ни трябват, за да реагират напълно с start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript като използваме отношението на техните коефициенти:

start text, М, о, л, а, р, н, о, space, о, т, н, о, ш, е, н, и, е, space, м, е, ж, д, у, space, A, l, space, и, space, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, equals, start fraction, start color #11accd, 2, end color #11accd, start text, m, o, l, e, space, A, l, end text, divided by, 1, start text, m, o, l, e, space, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, end fraction

Пример: Използване на моларните отношения за изчисляване на масата на реактант

За следната небалансирана реакция колко грама start text, N, a, O, H, end text ще са необходими, за да реагират напълно с 3,10 грама start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript?

start text, N, a, O, H, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, plus, start text, N, a, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, space, space, space, space, space, space, space, start text, Н, е, space, е, space, б, а, л, а, н, с, и, р, а, н, о, !, end text

За тази реакция имаме1start text, N, a, end text и 3 start text, H, end text от страната на реактанта и 2 start text, N, a, end text и 2 start text, H, end text от страната на продукта. Можем да балансираме нашето уравнение като умножим start text, N, a, O, H, end text по две - така имаме 2 start text, N, a, end text от всяка страна - и умножим start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text по две - така имаме 6 start text, O, end text и 4 start text, H, end text от двете страни. Това ни дава следната балансирана реакция:

2, start text, N, a, O, H, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, 2, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, plus, start text, N, a, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, space, space, space, space, start text, Б, а, л, а, н, с, и, р, а, н, о, space, е, comma, space, у, р, а, !, end text

След като имаме балансираното уравнение, можем да си зададем следните въпроси:

Знаем ли количеството за всеки реактант?
Какво се опитваме да изчислим?

В този пример знаем, че количеството start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript е 3,10 грама и искаме да изчислим масата на start text, N, a, O, H, end text. Въоръжени с балансираното уравнение и ясна цел - надявам се - можем да използваме следната стратегия, за да решим тази стехиометрична задача:

Стъпка 1: Превръщане на известните количества на реактанатите в молове.

Известното количество в тази задача е масата на start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript. Можем да превърнем масата на start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript в молове като използваме молекулното тегло. Като знаем, че молекулното тегло на start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript е 98,09 g/mol, можем да намерим моловете start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, както следва:

3, comma, 10, start cancel, start text, g, end text, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, dot, start fraction, 1, start text, m, o, l, end text, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, divided by, 98, comma, 09, start cancel, start text, g, end text, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, end fraction, equals, 3, comma, 16, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript

[Защо преместихме десетичната запетая в отговора?]

Стъпка 2: Използване на моларното отношение за намиране на моловете на останалите реактанти.

Интересуваме се от изчисляването на количеството start text, N, a, O, H, end text, затова можем да използваме моларното отношение между start text, N, a, O, H, end text и start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript. Според нашето балансирано химично уравнение ни трябват 2 мола NaOH за всеки 1 мол start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, което ни дава следното отношение:

start text, М, о, л, а, р, н, о, space, о, т, н, о, ш, е, н, и, е, space, м, е, ж, д, у, space, N, a, O, H, space, и, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, equals, start fraction, 2, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, divided by, 1, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end fraction

Можем да използваме отношението, за да превърнем моловете start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript от Стъпка 1 в молове start text, N, a, O, H, end text:

3, comma, 16, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start cancel, start text, m, o, l, end text, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, dot, start fraction, 2, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, divided by, 1, start cancel, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, end fraction, equals, 6, comma, 32, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text

Забележи, че можем да запишем моларното отношение по два начина:

start fraction, 2, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, divided by, 1, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end fraction, space, space, start color #1fab54, \checkmark, end color #1fab54, space, space, spaceилиspace, space, space, start fraction, 1, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, divided by, 2, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, end fraction, space, space, start color #e84d39, X, end color #e84d39

Всеки формат ни дава различен отговор! Въпреки това само едно отношение ще позволи на единиците start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript да се съкратят правилно. Важното тук е винаги да проверяваш единиците! За да разбереш как единиците могат да се разгелждат като числа, за по-лесен запис, гледай това видео за дименсионен анализ.

Стъпка 3: Превръщане на моловете в маса.

Можем да превърнем моловете start text, N, a, O, H, end text от Стъпка 2 в маса в грамове като използваме молекулното тегло на start text, N, a, O, H, end text:

6, comma, 32, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start cancel, start text, m, o, l, end text, start text, N, a, O, H, end text, end cancel, dot, start fraction, 40, comma, 00, start text, g, space, N, a, O, H, end text, divided by, 1, start cancel, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, end cancel, end fraction, equals, 2, comma, 53, start text, g, space, N, a, O, H, end text

Ще ни трябват 2,53 грама start text, N, a, O, H, end text, за да реагират напълно с 3,10 грама start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript в тази реакция.

Кратък път: Можем да комбинираме всичките три стъпки в едно изчисление, с уговорката, че трябва да внимаваме много за единиците. За да превърнем масата на start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript в маса start text, N, a, O, H, end text, можем да решим следния израз:

$\underbrace{3{,}10 \, \cancel{\text g \,\text H_2 \text{SO}_4} ~~~\cdot~~~\dfrac{1 \,\cancel{\text{mol} \,\text H_2 \text{SO}_4}}{98{,}09 \, \cancel{\text g \,\text H_2 \text{SO}_4}}} ~~~\cdot~~~ \underbrace{\dfrac{2\,\cancel{\text{mol NaOH}}}{1\,\cancel{\text{mol H}_2 \text {SO}_4}}} ~~~\cdot~~~ \underbrace{\dfrac{40{,}00\,\text{g NaOH}}{1\, \cancel{\text{mol NaOH}}}} ~=~2{,}53 \,\text {g NaOH}\\ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\text{Стъпка 1}~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\text{Стъпка 2} ~~~~~~~~~~~~~~~~~\quad\quad\quad\text{Стъпка 3}\\ ~~~~~~~~~~~~~~\quad\text{Намери моловете H}_2 \text{SO}_4~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\text{Използвай моларното отношение}~~~~~~\text{Намери грамовете NaOH}~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~$

Ако разгледаме внимателно израза, можем да го разделим на стъпка от 1 до 3. Единствената разлика е, че вместо да правим всяко превръщане отделно, ще ги направим наведнъж.

Обобщение

Коефициентите от балансираната химична реакция ни дават пропорциите на реактанти и продукти. Можем да използваме отношенията на коефициентите, за да направим превръщанията между количествата реактанти и продукти в нашата реакция.

Провеждането на химична реакция е като правенето на курабийки. Надявам се, че лабораторната ти везна е по-чиста от кухненската везна! Image by condesign on pixabay, CC0 1,0

За повече информация за други често срещани стехиометрични изчисления, разгледай тази вълнуваща поредица за ограничаващи реагенти и процентна продуктивност!

[Източници и препратки]

Сортирай по:

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Все още няма публикации.

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.