Решен пример: Изчисляване на количествата реактанти и продукти

Дадено е, че глюкоза, С6Н12О6, реагира с кислород, при което се получават въглероден диоксид и вода. Какво количество кислород в грамове е необходимо за пълното протичане на реакцията с 25,0 грама глюкоза? Какви количества въглероден диоксид и вода, изразени в грамове, се получават при реакцията? Постави видеото на пауза и опитай да отговориш на въпросите, а после ще работим заедно. Нека първо да запишем реакцията. Това ще е – имаме глюкоза, формулата ѝ е С6Н12О6, която реагира с кислород. Кислородът в молекулярната си форма е О2. При реакцията получаваме въглероден диоксид и вода. Следващият въпрос е дали уравнението е изравнено. Имаме ли запазване на масата? Да разгледаме това елемент по елемент. Нека първо се фокусираме върху въглерода. Имаме шест въглеродни атома от лявата страна на уравнението. Колко въглеродни атома имаме вдясно? Сега имаме само един въглероден атом в тази молекула въглероден диоксид. За да се запази броят на въглеродните атоми, трябва да имаме шест въглеродни атома и вдясно. Да видим какво ще се случи, когато сложа 6 тук. Сега въглеродните атоми са изравнени: шест вляво, шест вдясно. Сега да разгледаме другите елементи. Вляво имам общо 12 водородни атома. Вдясно има само два водородни атома. Ако искам да ги изравня, мога да умножа молекулата вода – вместо една молекула вода тук, може да имаме шест, които съдържат 12 водородни атома. Сега и въглеродните, и водородните атоми са балансирани. Тази шестица тук не влияе на броя на въглеродните атоми. И последно, но не и по важност, да помислим за кислородните атоми. Вляво имаме шест кислородни атома и после още два кислородни атома тук. Това са общо осем кислородни атома. Вдясно имам шест по 2, това е 12, плюс още 6 кислородни атома. Имам 18 кислородни атома вдясно, а само осем кислородни атома вляво. Трябва да увелича броя кислородни атоми, които са вляво. Да видим. Това шест съвпада с това шест. Ако мога някак да направя това на 12 кислородни атома, това ще е хубаво. Най-добрият начин да направя това на 12 кислородни атома е да умножа тук по шест – ще го направя. Ако поставя шест тук, мисля, че уравнението вече е изравнено. Имаме по шест въглеродни атома от двете страни, имаме по 12 водородни атома от двете страни и имаме по 18 кислородни атома от двете страни. Уравнението е изравнено. Сега ще взема периодичната таблица на елементите и ще разгледам въглерода, водорода и кислорода. Ще я преместя малко надолу, за да имам повече място за писане. Искаме да виждаме само горната ѝ част. Нека първо... да видим водорода ето тук. В периодична таблица на елементите виждаме, че средната атомна маса на водорода е 1,008, което можем да разглеждаме и като моларна маса. Това е 1,008 грама на мол водород. Сега можем да преминем към въглерода. Моларната маса на въглерода е 12,01 грама на мол въглерод. И последен, но не и по важност, е кислородът. Моларната му маса е 16,00 грама на мол кислород. Сега можем да използваме тази информация. Мога да скрия периодичната таблица на елементите. Можем да използваме тази информация, за да определим моларните маси на всяка от тези молекули. Например, глюкозата тук, ако разглеждаме С6Н12О6, колко грама на мол ще е нейната моларна маса? Колко грама ще е един мол глюкоза? Има шест въглеродни атома, 12 водородни и шест кислородни. Един начин да разсъждаваме е: шест по масата на въглерода – това ще е шест по 12,01, плюс 12 по масата на водорода, това е 12*1,008, плюс шест по масата на кислорода, по 16,00, като това са грамове на мол. Това ще е равно на, да видим, 72,06 + 12,096 плюс 6*16 дава 96,00. Разбира се, това са грамове на мол. И това ще е равно на, да видим, 72 + 12 е 84, плюс 96 е 180, 180 цяло и – да видим, имаме 60 хилядни плюс 96 хилядни, което е 156 хилядни, и това са грамове на мол. Да се уверим, че имам значещите цифри тук. Шест, 12 и шест нямат дробна част, така че това е добре. А после, когато събера тези числа, трябва да закръгля с такава точност, каквато е най-ниската десетична позиция. Тук стигам до стотните, до стотните, до хилядните. Трябва да закръгля това до мястото на стотните. Това ще е 180,16 грама на мол глюкоза. И сега да разгледаме другите молекули. Ако помислим за кислорода, ще направя това тук, за да спестя място, кислородът – това ще е лесно. Една молекула молекулярен кислород има само два кислородни атома, така че ще е две по това, ще е 32,00 грама на мол. После въглеродният диоксид. Въглеродният диоксид има два кислородни атома плюс един въглероден атом. Масата на два кислородни атома я получихме, плюс масата на един въглероден атом, тоест това плюс 12,01, това е 44,01 грама на мол. И последно, но не и по важност, имаме молекулата на водата. Н2О. Това са два водородни атома, това е 2*1,008, което дава 2,016, плюс един кислороден атом. Тоест това ще е 2,016 + 16, което дава 18,016. Отново, тук стигаме само до мястото на стотните, така че тук ще закръгля до мястото на стотните. Тоест 18,02 грама на мол. Следващата стъпка е да помислим – в реакцията участват 25 грама глюкоза – колко мола глюкоза е това? Имаме 25,0... 25,0 грама глюкоза. И искаме да представим това количество като молове глюкоза. Знаем, че моларната маса е 180,16 грама на мол или можем да умножим това по... като кажем, че на един мол имаме 180,16 грама. Просто взехме реципрочното на моларната маса. Обърни внимание, че грамовете се съкращават с грамовете и остават само молове глюкоза. Това е равно на 25,0 делено на 180,16 мола глюкоза. 25 делено на 180,16 е равно на това. (посочва резултата на екрана) Да видим, имаме три значещи цифри, делени на пет значещи цифри. Ще закръгля до три значещи цифри. 0,139. Това е приблизително равно на 0,139 мола глюкоза. Първият въпрос е какво количество кислород е необходимо за пълна реакция на това количество глюкоза. За всеки мол глюкоза ни трябват шест мола молекулярен кислород. Така че ще ни трябват – нека умножа това по шест. По шест е равно на това. (посочва резултата на екрана) Спомни си, че имаме три значещи цифри. 0,833. Ще ни трябват 0,833 мола молекулярен кислород. И после просто умножавам това по моларната маса на молекулярния кислород. По 32,00 грама на мол молекулярен кислород. 0,833 по 32 е равно на това. Ако закръглим до три значещи цифри, това е 26,7. 26,7 грама молекулярен кислород. Отговорихме на първата част на въпроса – какво количество кислород е необходимо за пълна реакция. Резултатът е ето това тук. (очертава го с червено) Следващият въпрос е какви количества въглероден диоксид и вода се получават, изразени в грамове. Спомни си, за всеки един мол глюкоза ни трябваха шест мола молекулярен кислород и произвеждаме шест мола въглероден диоксид и шест мола вода. Това е броят на моловете глюкоза, (подчертава с червено 0,139) които вкарваме в реакцията. Шест по това (по 0,139) ни даде това (0,833). Това всъщност също е броят молове въглероден диоксид или вода, които ще произведем. Ако вземем първоначалните 0,833 мола въглероден диоксид и умножим по моларната маса на въглеродния диоксид, значи по 44,01 грама на мол, това ще е приблизително равно на – 0,833*44,01 е равно на – три значещи цифри – 36,7 грама. 36,7 грама въглероден диоксид. И, отново, можеш да видиш, че моловете се съкращават с моловете, точно както преди, за да получим грамове въглероден диоксид. И последно, но не и по важност, ще изчислим количеството на водата. 0,833 мола Н2О по моларната маса, по 18,02 грама на мол вода, ще ни даде приблизително – 0,833*18,02 ни дава – три значещи цифри – това ще е 15,0. 15,0 грама вода. И, отново, тези молове се съкратиха, за да получим правилните мерни единици. И сме готови, което е доста готино. Това е много полезно в химията – да можеш да разбереш, въз основа на изравнено химично уравнение, да можеш да разбереш, ако имаме определено количество от един от реактантите, ако знаем количеството на едно от веществата, да определим колко ни трябва от другото, или какво количество продукти ще получим. Всичко това, което ние току-що намерихме.