Пример за принцип на стехиометрия

The принцип на стехиометрия е химичният принцип, който установява, че във всяка химическа реакция има равновесие между брой атоми в реагиращите молекули и броят на атомите в реагиращите молекули произвеждат.

Този принцип се основава на закона за запазване на материята, който гласи, че еднакъв брой атоми във всеки Елементът в реактивните вещества ще бъде запазен в продуктите на реакцията, макар и комбиниран по различни начини.

Когато протича химическа реакция, връзките, които образуват молекулите на реагиращите съединения (реагентите), се разрушават и модифицират, пораждайки едно или повече вещества. Въпреки че молекулите са модифицирани и вече не са еднакви, атомите, които ги образуват, се комбинират в a различен, но общият брой на атомите е запазен, така че трябва да е един и същ преди и след реакция.

Например в следната химическа реакция:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ИЛИ

Съгласно стехиометричния принцип трябва да има еднакъв брой атоми от всяка страна на уравнението. Нека го видим за уравнението, което видяхме:

HCI + NaOH	-->	NaCl + Н2ИЛИ
Водород = 2 Натрий = 1 Хлор = 1 Кислород = 1	= = = =	Водород = 2 Натрий = 1 Хлор = 1 Кислород = 1

Стехиометрични изчисления

Стехиометричните изчисления са операциите, чрез които ние проверяваме дали стехиометричният принцип е изпълнен в уравненията, както и неговите практически приложения.

В предишния пример за комбинация от солна киселина и натриев хидроксид, за да се получи натриев хлорид и вода, направихме стехиометрично изчисление по броя на атомите.

Друг метод за проверка е стехиометрично изчисление по атомни единици маса, При което изчислението се извършва въз основа на сумата от атомните маси на елементите, които се комбинират.

Това изчисление може да се извърши чрез абсолютните маси или чрез закръгляване. В горния пример:

Изчисляване чрез абсолютна маса до два знака след десетичната запетая:

HCl + NaOH -> Na Cl + H₂ ИЛИ

(1.00 + 35.45) + (22.98 + 15.99 + 1.00) --> (22.98 + 35.45) + (2.00 + 15.99)

(36.45) + (39.97) --> (58.43) + (17.99)

76.42 --> 76.42

Изчисляване на закръгляването на атомната маса:

HCl + NaOH -> Na Cl + H₂ ИЛИ

(1 + 35) + (23 + 16 + 1) --> (23 + 35) + (2 + 16)

(36) + (40) --> (58) + (18)

76 --> 76

Приложения на стехиометрични уравнения

Едно от приложенията на стехиометричните уравнения е балансиращи уравнения, което може да се направи или чрез Redox или чрез методи за проба и грешка, тъй като и в двата случая Целта е да се провери дали има един и същ брой атоми на всеки елемент в реагентите и в продукти.

В следващия пример имаме железен трихлорид:

Fe + Cl2 = FeCl3

Fe + Cl2	-->	FeCl3
Желязо = 1 Хлор = 2	= ~	Желязо = 1 Хлор = 3

В този случай ние знаем формулите на реактивните молекули: желязо (Fe) и хлор (Cl₂), и неговият продукт: железен трихлорид (FeCl3₃) и както виждаме, броят на хлорните атоми не е еднакъв и в двете уравнения.

За да изпълним стехиометричния принцип, трябва да намерим общия брой атоми, участващи в реакцията и продукта, така че те да са еднакви.

За целта използваме един от методите за балансиране на уравнения (редокс, проби и грешки). В този пример ще използваме метода проба и грешка.

Най-малкото често кратно на 2 и 3 е 6. Ако умножим така, че да има 6 хлорни атома от всяка страна на уравнението, ще имаме следното:

Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Желязо = 1 Хлор = 6	~ =	Желязо = 2 Хлор = 6

Вече балансирахме хлорните атоми, но сега ни липсва железен атом. Както можем да разберем, липсващият атом е от страната на реагента. Тогава ще имаме:

2Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Желязо = 2 Хлор = 6	= =	Желязо = 2 Хлор = 6

Както виждаме, вече имаме 6 хлорни атома, разположени в 3 молекули в реагентите, и 6 атома, разпределени в групи от по три атома във всяка молекула на продукта. Сега виждаме, че за да получим същия брой железни атоми в продукта, са ни необходими две железни молекули в реагентите. Ние балансирахме уравнението.

Друго използване на стехиометричните уравнения е изчисляването на реагентите, за да се избегнат отпадъци на някое от веществата, като например изчисляване на количеството вещества за неутрализиране на киселина или a база.

Това се постига чрез моларно изчисление: Сумата от атомните маси на всеки от атомите, съставляващи молекула, води до нейната моларна маса. Например:

Ако потърсим моларната маса на борната киселина (триоксорова киселина), чиято формула е: H₃BO₃, първо изчисляваме молекулните маси на всеки от неговите компоненти, като използваме периодичната таблица:

З.₃ = (3)(1.00) = 3.00

B = (1) (10,81) = 10,81

ИЛИ₃ = (3)(15.99) = 47.94

Моларна маса = 61,78

Което означава, че 1 мол борна киселина е равен на 61,78 грама.

След това изчисляването на моловете на всяко съединение ще ни послужи за изчисляване на точното количество реактивни вещества и двете така че да няма излишък или необходимост по време на реакцията, както и да се изчисли колко да се получи определено количество продукт.

Пример:

Ако използваме предишния пример за железен хлорид и искаме да знаем колко хлор има да се комбинира със 100 грама желязо и да знаете колко количество е железен трихлорид ще произведе.

Уравнението, което изразява реакцията, е следното:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

Сега правим моларното изчисление чрез закръгляване на атомните маси:

Fe = 56

Cl₂ = 70

FeCl₃ = 161

Засега имаме стойността на 1 мол от всяко вещество. Сега виждаме, че се нарича и числото, което показва броя на реактивните и продуктовите молекули стехиометричен коефициенти ни казва колко бенки от това вещество си взаимодействат. В случай, че коефициентът е 1, той не се записва.

Така че замествайки стойностите, които ще имаме:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

Прилагаме правилото на три, за да изчислим масата на хлора:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

Така че ще са необходими 187,5 грама хлор, за да реагира напълно с желязото.

Сега прилагаме правилото 3 за изчисляване на получения продукт:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

Така ще бъдат произведени 287,5 грама железен трихлорид.

Ако добавим грамовете, получени с връзката, в резултат ще получим:

100 + 187.5 = 287.5

С което проверяваме дали сумите са верни.

Стехиометрична нотация

За да се избегнат неясноти и объркване при изразяване на наименованието и състава на съединенията, в различните видове химически обозначения на неорганичните съединения, IUPAC (Международен съюз за чиста и приложна химия) популяризира използването на стехиометрични обозначения, използвани главно в академични и изследователски области, с които се променя използването на суфикси или римски цифри, чрез използване на гръцки цифрови префикси, които показват броя на атомите на всеки елемент, съставляващ молекули. В случай на единични атоми, префиксът е пропуснат.

В стехиометричната нотация първо се споменава електропозитивният елемент или йонът, последван от електроотрицателния.

Формула Стара нотация Стехиометрична нотация

FeO Железен оксид, Железен оксид Железен оксид

Вяра₂ИЛИ₃: Железен оксид, Железен III оксид Ди-железен триоксид

Вяра₃ИЛИ₄: Железен оксид IV Три-железен тетраоксид

Примери за приложения на стехиометричния принцип

Пример 1: Балансирайте следното уравнение:

HCI + MnO₂ -> MnCl₂ + 2Н₂O + Cl₂

Прилагане на метода за редукция на оксид (REDOX):

HCI + MnO₂ -> MnCl₂ + 2Н₂O + Cl₂

(+1-1)+(+4-4) --> (+2-2) + (+4-4)+ (-0)

Както виждаме, манганът е намален от +4 на +2.

Ако прегледаме стойностите за всеки елемент, с изключение на намаления манган, ще видим следните стойности

Продукти, реагиращи на елементи

Водород +1 +4

Хлор -1 -4

Кислород -4 -4

Така че сега трябва да балансираме числата, така че те да имат еднакви стойности от двете страни на уравнението. Тъй като хлорът и водородът са в една и съща молекула, това означава, че са необходими 4 молекули солна киселина за балансиране на стойностите:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2Н₂O + Cl₂

(+4-4)+(+4-4) --> (+2-2) + (+4-4)+ (-0)

Пример 2: В горното уравнение:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2Н₂O + Cl₂

Изчислете колко грама манганов диоксид са необходими за производството на 80 грама манганов дихлорид.

Първо изчисляваме моларното тегло на всяка молекула (ще закръглим с цели числа):

HCI = 1 + 35 = 36 X 4 = 144

MnO₂ = 55 + 16 + 16 = 87

MnCl₂ = 55 + 35 + 35 = 125

З.₂O = 1 + 1 + 16 = 18 X 2 = 36

Cl₂ = 35 + 35 = 70

Прилагаме правилото на три:

x / 87 = 80/125 = 6960/125 = 55,58

Така че ще ви трябват 55,58 грама магнезиев диоксид.

Пример 3: В горното уравнение:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2Н₂O + Cl₂

Изчислете колко грама солна киселина са необходими за производството на 80 грама манганов дихлорид.

Тъй като вече знаем стойностите, прилагаме правилото за три:

x / 144 = 80/125 = 11520/125 = 92,16

Ще отнеме 92,16 грама солна киселина.

Пример 4: В същото уравнение:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2Н₂O + Cl₂

Изчислете колко грама вода се произвеждат, като се произвеждат 125 грама манганов дихлорид.

Заместваме стойностите и прилагаме правилото на три:

x / 36 = 125/125 = 4500/125 = 36

Ще се получат 36 грама вода.