STEHIOMETRIČNI IZRAČUNI: REŠENI KORAKI IN VAJE - KEMIJA - 2025

V stehiometrični izračuni so tisti, ki so izdelani na osnovi razmerja mase elementov ali spojin, ki sodelujejo pri kemični reakciji.

Prvi korak za njihovo izvajanje je uravnoteženje kemične reakcije, ki vas zanima. Prav tako morajo biti poznane pravilne formule spojin, ki sodelujejo v kemičnem postopku.

Vir: Pixabay

Stehiometrični izračuni temeljijo na uporabi niza zakonov, med katerimi so naslednji: zakon ohranjanja mase; zakon določenih razmerij ali konstantne sestave; in končno zakon večrazsežnosti.

Zakon ohranitve mase pravi, da je v kemični reakciji vsota mas reaktantov enaka vsoti mase produktov. Pri kemijski reakciji skupna masa ostane konstantna.

Zakon določenih deležev ali konstantne sestave določa, da imajo različni vzorci katere koli čiste spojine iste elemente v enakih masnih deležih. Čista voda je na primer enaka, ne glede na to, kakšen je njen izvor ali s katere celine (ali planeta) prihaja.

In tretji zakon, ki je v več razmerjih, navaja, da kadar dva elementa A in B tvorita več kot eno spojino, delež mase elementa B, ki se združuje z dano maso elementa A, v vsaki od spojin , se lahko izrazi v majhnih celih številkah. Se pravi, da sta za A _n B _m n in m cela števila.

Kaj so stehiometrični izračuni in njihove stopnje?

Gre za izračune, namenjene reševanju različnih vprašanj, ki se lahko pojavijo, ko se preučuje kemijska reakcija. Za to morate imeti znanje o kemijskih procesih in zakonih, ki jih urejajo.

Z uporabo stehiometričnega izračuna je mogoče dobiti na primer iz mase enega reaktanta neznano maso drugega reaktanta. Prav tako lahko poznate odstotek sestave kemičnih elementov, ki so prisotni v spojini, in iz nje pridobite empirično formulo spojine.

Posledično poznavanje empirične ali minimalne formule spojine omogoča določitev njene molekularne formule.

Poleg tega stehiometrični izračun omogoča v kemijski reakciji, ki je omejevalni reagent, ali če obstaja presežek reagenta, in njegovo maso.

Obdobja

Stopnje bodo odvisne od vrste zastavljene težave in njene zapletenosti.

Dve pogosti situaciji sta:

-Dva elementa reagirata, da ustvarita spojino, in znana je le masa enega od reakcijskih elementov.

-Želimo vedeti neznano maso drugega elementa in tudi maso spojine, ki je posledica reakcije.

Na splošno je pri reševanju teh vaj treba upoštevati naslednji vrstni red:

-Ustavi enačbo kemijske reakcije.

-Predstavite enačbo.

-Tretja stopnja je z uporabo atomske teže elementov in stehiometričnih koeficientov pridobiti delež mas reaktivnih elementov.

-Kasneje, z uporabo zakona določenih razmerij, ko je znana masa reakcijskega elementa in delež, s katerim reagira z drugim elementom, vedoč maso drugega elementa.

- In peta in zadnja stopnja, če poznamo mase reaktantnih elementov, nam njihova vsota omogoča izračun mase spojine, nastale v reakciji. V tem primeru se te informacije pridobijo na podlagi zakona ohranjanja mase.

Rešene vaje

-Vežba 1

Kaj je preostali reagent, ko 15 g Mg reagira s 15 g S, da nastane MgS? In koliko gramov MgS bo nastalo v reakciji?

Podatki:

-Mg in S masa = 15 g

-Atomska teža Mg = 24,3 g / mol.

-Atomska teža S = 32,06 g / mol.

Korak 1: enačba reakcije

Mg + S => MgS (že uravnoteženo)

2. korak: določite razmerje, v katerem se Mg in S združita, da dobite MgS

Zaradi poenostavitve se lahko atomska teža Mg zaokroži na 24 g / mol, atomska teža S pa do 32 g / mol. Torej bo razmerje, v katerem sta sestavljena S in Mg, 32:24, če dva pogoja razdelimo na 8, razmerje zmanjša na 4: 3.

V razmerju je razmerje, v katerem se Mg kombinira s S, enako 3: 4 (Mg / S)

Korak 3: razprava in izračun presežka reaktanta in njegove mase

Masa Mg in S je 15 g za oba, vendar je razmerje, v katerem Mg in S reagirata, 3: 4 in ne 1: 1. Potem lahko sklepamo, da je presežek reaktanta Mg, saj ga najdemo v nižjem deležu glede na S.

To ugotovitev lahko preizkusimo z izračunom mase Mg, ki reagira s 15 g S.

g Mg = 15 g S x (3 g Mg) / mol) / (4 g S / mol)

11,25 g Mg

Masa presežne Mg = 15 g - 11,25 g

3,75 g.

4. korak: Masa MgS, nastala v reakciji, temelji na zakonu ohranitve mase

Masa MgS = masa Mg + masa S

11,25 g + 15 g.

26, 25 g

Vadba v izobraževalne namene se lahko izvede na naslednji način:

Izračunajte grame S, ki reagirajo s 15 g Mg, pri čemer uporabite v tem primeru razmerje 4: 3.

g S = 15 g Mg x (4 g S / mol) / (3 g Mg / mol)

20 g

Če bi bila situacija takšna, kot je bila predstavljena v tem primeru, bi bilo mogoče razbrati, da 15 g S ne bi bilo dovolj za popolno reakcijo s 15 g Mg, ki mu primanjkuje 5 g. To potrjuje, da je presežek reagenta Mg in je S omejevalni reagent pri tvorbi MgS, kadar imata oba reaktivna elementa enako maso.

-Vežba 2

Izračunajte maso natrijevega klorida (NaCl) in nečistoče v 52 g NaCl s stopnjo čistosti 97,5%.

Podatki:

-Vzorčna masa: 52 g NaCl

-Čisti odstotek = 97,5%.

Korak 1: izračunajte čisto maso NaCl

Masa NaCl = 52 g x 97,5% / 100%

50,7 g

2. korak: izračun mase nečistoč

% nečistoč = 100% - 97,5%

2,5%

Masa nečistoč = 52 g x 2,5% / 100%

1,3 g

Od 52 g soli je torej 50,7 g čistih kristalov NaCl in 1,3 g nečistoč (kot so drugi ioni ali organske snovi).

-Vežba 3

Kolikšna masa kisika (O) je v 40 g dušikove kisline (HNO ₃ ), če vemo, da je njegova molekulska teža 63 g / mol, atomska teža O pa 16 g / mol?

Podatki:

-Masa HNO ₃ = 40 g

-Atomska teža O = 16 g / mol.

-Molecular teža HNO ₃

1. korak: Izračunajte število molov HNO

Moli HNO ₃ = 40 g HNO ₃ x 1 mol HNO ₃ /63 g HNO ₃

0,635 molov

Korak 2: izračunajte število prisotnih molov O

Formula za HNO ₃ pomeni, da obstajajo 3 moli O za vsak mol HNO _3.

Moli O = 0,635 molov HNO ₃ X 3 moli O / mol HNO ₃

1.905 molov O

Korak 3: izračunajte maso prisotnega O v 40 g HNO

g O = 1.905 molov O x 16 g O / mol O

30,48 g

Z drugimi besedami, od 40 g HNO ₃ je 30,48 g posledica izključno teže molov kisikovih atomov. Ta velik delež kisika je značilen za oksoanione ali njihove terciarne soli ( na primer NaNO ₃ ).

-Vežba 4

Koliko gramov kalijevega klorida (KCl) nastane, ko se razgradi 20 g kalijevega klorata (KClO ₃ )? Ob vedenju, da je molekulska teža KCl 74,6 g / mol in molekulska teža KClO ₃ je 122,6 g / mol

Podatki:

-Masa KClO ₃ = 20 g

-Molekularna teža KCl = 74,6 g / mol

-Molekularna teža KClO ₃ = 122,6 g / mol

Korak 1: enačba reakcije

2KClO ₃ => 2KCl + 3O ₂

2. korak: izračunajte maso KClO

g KClO ₃ = 2 mol x 122,6 g / mol

245,2 g

Korak 3: izračunajte maso KCl

g KCl = 2 mola x 74,6 g / mol

149,2 g

4. korak: izračunajte maso KCl, nastalo z razpadom

245 g KClO ₃ se proizvaja razkroj 149,2 g KCl. Potem lahko to razmerje (stehiometrični koeficient) uporabimo za določitev mase KCl, ki nastane iz 20 g KClO ₃ :

g KCl = 20 g KClO ₃ x 149 g KCl / 245,2 g KClO ₃

12,17 g

Opomba kako je razmerje masa O ₂ v KClO ₃ . Od 20 g KClO ₃ je nekaj manj kot polovica zaradi kisika, ki je del oksoanionskega klorata.

-Vežba 5

Poiščite odstotno sestavo naslednjih snovi: a) dopa, C ₉ H ₁₁ NO ₄ in b) vanilin, C ₈ H ₈ O ₃ .

a) Dopa

1. korak: poiščite molekulsko maso dopa C

Da bi to naredili, se atomska teža elementov, ki so prisotni v spojini, na začetku pomnoži s številom molov, ki jih predstavljajo njihovi naročniki. Za iskanje molekulske mase se dodajo grami, ki jih prispevajo različni elementi.

Ogljik (C): 12 g / mol x 9 mol = 108 g

Vodik (H): 1 g / mol x 11 mol = 11 g

Dušik (N): 14 g / mol x 1 mol = 14 g

Kisik (O): 16 g / mol x 4 mol = 64 g

Molekulska masa Dopa = (108 g + 11 g + 14 g + 64 g)

197 g

2. korak: Poiščite odstotno sestavo elementov, prisotnih v dopa

Za to se njegova molekulska teža (197 g) vzame za 100%.

% C = 108 g / 197 g x 100%

54,82%

% H = 11 g / 197 g x 100%

5,6%

% N = 14 g / 197 gx 100%

7,10%

% O = 64 g / 197 g

32,48%

b) Vanilin

Del 1: Izračun molekulske mase vanilina C

Da bi to naredili, se atomska teža vsakega elementa pomnoži s številom prisotnih molov, pri čemer sešteje masa, ki jo prispevajo različni elementi

C: 12 g / mol x 8 mol = 96 g

H: 1 g / mol x 8 mol = 8 g

Ali: 16 g / mol x 3 mol = 48 g

Molekularna teža = 96 g + 8 g + 48 g

152 g

2. del: Poiščite% različnih elementov v vanilinu

Domneva se, da njegova molekularna teža (152 g / mol) predstavlja 100%.

% C = 96 g / 152 gx 100%

63,15%

% H = 8 g / 152 gx 100%

5,26%

% O = 48 g / 152 gx 100%

31,58%

-Vežba 6

Masni masni odstotek alkohola je naslednji: ogljik (C) 60%, vodik (H) 13% in kisik (0) 27%. Pridobite svojo minimalno formulo ali empirično formulo.

Podatki:

Atomske teže: C 12 g / mol, H 1g / mol in kisik 16 g / mol.

Korak 1: izračunavanje števila molov elementov, prisotnih v alkoholu

Domneva se, da masa alkohola znaša 100 g. Posledično je masa C 60 g, masa H 13 g, masa kisika pa 27 g.

Izračun števila molov:

Število molov = masa elementa / atomska teža elementa

moli C = 60 g / (12 g / mol)

5 molov

molov H = 13 g / (1 g / mol)

13 molov

molov O = 27 g / (16 g / mol)

1,69 molov

2. korak: dobite minimalno ali empirično formulo

Če želite to narediti, poiščite razmerje celih števil med števili molov. S tem dobimo število atomov elementov v minimalni formuli. V ta namen se moli različnih elementov v manjši meri delijo s številom molov elementa.

C = 5 molov / 1,69 molov

C = 2,96

H = 13 molov / 1,69 molov

H = 7,69

O = 1,69 molov / 1,69 molov

O = 1

Zaokroži te številke najmanjša formula: C ₃ H ₈ O. Ta formula ustreza formuli propanola, CH ₃ CH ₂ CH ₂ OH. Vendar pa ta formula je tudi, da spojine CH ₃ CH ₂ OCH ₃ , etil metil eter.

Reference

1. Dominguez Arias MJ (sf). Izračuni v kemijskih reakcijah. Pridobljeno od: uv.es
2. Izračuni s kemijskimi formulami in enačbami. . Vzeto iz: 2.chemistry.msu.edu
3. Sparknotes. (2018). Stehiometrični izračun. Pridobljeno: iskrenotes.com
4. ChemPages Netorials. (sf). Stehiometrijski modul: Splošna stehiometrija. Pridobljeno: chem.wisc.edu
5. Flores, J. Química (2002) Uredništvo Santillana.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.