Příklad principu stechiometrie

The princip stechiometrie je chemický princip, který stanoví, že při každé chemické reakci existuje rovnováha mezi počet atomů v reagujících molekulách a počet atomů v reagujících molekulách vyrobit.

Tento princip je založen na zákonu zachování hmoty, který stanoví, že v každém je stejný počet atomů Element v reaktivních látkách bude v reakčních produktech konzervován, i když jsou kombinovány různými způsoby.

Když proběhne chemická reakce, vazby, které tvoří molekuly reagujících sloučenin (reaktantů), se rozbijí a upraví, čímž vznikne jedna nebo více látek. I když jsou molekuly modifikované a již nejsou stejné, atomy, které je tvoří, se spojí do a jiný, ale celkový počet atomů je zachován, takže musí být stejný před i po reakce.

Například v následující chemické reakci:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂NEBO

Podle stechiometrického principu musí být na každé straně rovnice stejný počet atomů. Podívejme se na rovnici, kterou jsme viděli:

HCl + NaOH	-->	NaCl + H2NEBO
Vodík = 2 Sodík = 1 Chlor = 1 Kyslík = 1	= = = =	Vodík = 2 Sodík = 1 Chlor = 1 Kyslík = 1

Stechiometrické výpočty

Stechiometrické výpočty jsou operace, pomocí kterých ověřujeme, že je stechiometrický princip splněn v rovnicích i v jejich praktických aplikacích.

V předchozím příkladu kombinace kyseliny chlorovodíkové a hydroxidu sodného k výrobě chloridu sodného a vody jsme vytvořili a stechiometrický výpočet podle počtu atomů.

Další metodou kontroly je stechiometrický výpočet jednotkami atomové hmotnosti, Ve kterém je výpočet prováděn na základě součtu atomových hmotností prvků, které jsou kombinovány.

Tento výpočet lze provést pomocí absolutních hmot nebo zaokrouhlením. Ve výše uvedeném příkladu:

Výpočet absolutní hmotností na dvě desetinná místa:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ NEBO

(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

Výpočet zaokrouhlení atomové hmotnosti:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ NEBO

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

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

76 --> 76

Aplikace stechiometrických rovnic

Jedním z použití stechiometrických rovnic je vyrovnávací rovnice, což lze provést metodou Redox nebo metodou pokusů a omylů, protože v obou případech Účelem je zkontrolovat, zda je stejný počet atomů každého prvku v reaktantech a v produkty.

V následujícím příkladu máme chlorid železitý:

Fe + Cl2 = FeCl3

Fe + Cl2	-->	FeCl3
Železo = 1 Chlor = 2	= ~	Železo = 1 Chlor = 3

V tomto případě známe vzorce reaktivních molekul: železo (Fe) a chlor (Cl₂) a jeho produkt: chlorid železitý (FeCl3₃) a jak vidíme, počet atomů chloru není v obou rovnicích stejný.

Abychom splnili stechiometrický princip, musíme najít celkový počet atomů zapojených do reakce a produkt, aby byly stejné.

K tomu použijeme jednu z metod vyvažování rovnic (Redox, pokus a omyl). V tomto příkladu použijeme metodu pokusu a omylu.

Nejmenší společný násobek 2 a 3 je 6. Pokud se vynásobíme tak, že na každé straně rovnice bude 6 atomů chloru, budeme mít následující:

Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Železo = 1 Chlor = 6	~ =	Železo = 2 Chlor = 6

Už jsme vyvážili atomy chloru, ale teď nám chybí atom železa. Jak můžeme zjistit, chybějící atom je na straně reaktantů. Pak budeme mít:

2Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Železo = 2 Chlor = 6	= =	Železo = 2 Chlor = 6

Jak vidíme, již máme 6 atomů chloru umístěných ve 3 molekulách v reaktantech a 6 atomů distribuovaných ve skupinách po třech atomech v každé molekule produktu. Nyní vidíme, že k získání stejného počtu atomů železa v produktu potřebujeme dvě molekuly železa v reaktantech. Rovnici jsme vyvážili.

Další použití stechiometrických rovnic je výpočet reaktantů, a to jak pro vyloučení odpad z kterékoli z látek, například výpočet množství látek k neutralizaci kyseliny nebo a základna.

Toho je dosaženo molárním výpočtem: Součet atomových hmotností každého z atomů, které tvoří molekulu, má za následek její molární hmotnost. Například:

Podíváme-li se na molární hmotnost kyseliny borité (kyselina trioxoboritá), jejíž vzorec je: H₃BO₃, nejprve vypočítáme molekulové hmotnosti každé z jejích složek pomocí periodické tabulky:

H₃ = (3)(1.00) = 3.00

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

NEBO₃ = (3)(15.99) = 47.94

Molární hmotnost = 61,78

Což znamená, že 1 mol kyseliny borité se rovná 61,78 gramu.

Výpočet molů každé sloučeniny nám poté poslouží k výpočtu přesného množství reaktivních látek tak, aby to během reakce neskončilo nebo nebylo potřeba, a také k výpočtu, kolik je třeba získat určité množství produktu.

Příklad:

Použijeme-li náš předchozí příklad chloridu železa a chceme vědět, kolik chlóru je kombinovat se 100 gramy železa a vědět, jaké množství je chlorid železitý bude vyrábět.

Rovnice, která vyjadřuje reakci, je následující:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

Nyní provedeme molární výpočet zaokrouhlením atomových hmot:

Fe = 56

Cl₂ = 70

FeCl₃ = 161

Zatím máme hodnotu 1 mol každé látky. Nyní vidíme, že se také nazývá číslo, které udává počet reaktivních a produktových molekul stechiometrický koeficient, a říká nám, kolik molů této látky interaguje. V případě, že je koeficient 1, není zapsán.

Nahrazením hodnot, které budeme mít:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

Pro výpočet hmotnosti chloru použijeme pravidlo tří:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

K úplné reakci se železem tedy bude zapotřebí 187,5 gramu chloru.

Nyní použijeme pravidlo 3 pro výpočet výsledného produktu:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

Vyrobí se tedy 287,5 gramů chloridu železitého.

Pokud přidáme gramy získané se vztahem, máme jako výsledek:

100 + 187.5 = 287.5

Tím zkontrolujeme, zda jsou částky správné.

Stechiometrická notace

Aby se předešlo nejasnostem a nejasnostem při vyjadřování názvu a složení sloučenin, v různých typech chemické notace anorganických sloučenin IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) podporuje používání stechiometrické notace, která se používá hlavně v akademických a výzkumných oborech, s nimiž se mění použití přípon nebo římských číslic, použitím řeckých číselných předpon, které označují počet atomů každého prvku, který tvoří molekuly. V případě jednotkových atomů je předpona vynechána.

Ve stechiometrické notaci je nejprve zmíněn elektropozitivní prvek nebo ion, poté elektronegativní.

Vzorce staré notace Stechiometrická notace

FeO Oxid železnatý, oxid železitý Oxid železitý

Víra₂NEBO₃: Oxid železitý, oxid železitý III Oxid železitý

Víra₃NEBO₄: Oxid železitý IV Trioxid železitý

Příklady aplikací stechiometrického principu

Příklad 1: Vyvažte následující rovnici:

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 hodiny₂O + Cl₂

Použití metody redukce oxidu (REDOX):

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 hodiny₂O + Cl₂

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

Jak vidíme, mangan byl snížen z +4 na +2.

Pokud zkontrolujeme hodnoty pro každý prvek, s výjimkou manganu, který byl snížen, uvidíme následující hodnoty

Elementární reaktivní produkty

Vodík +1 +4

Chlor -1-4

Kyslík -4-4

Nyní tedy musíme vyvážit čísla, aby měla na obou stranách rovnice stejné hodnoty. Protože chlór a vodík jsou ve stejné molekule, znamená to, že k vyvážení hodnot jsou zapotřebí 4 molekuly kyseliny chlorovodíkové:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 hodiny₂O + Cl₂

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

Příklad 2: Ve výše uvedené rovnici:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 hodiny₂O + Cl₂

Vypočítejte, kolik gramů oxidu manganičitého je zapotřebí k výrobě 80 gramů chloridu manganatého.

Nejprve spočítáme molární hmotnost každé molekuly (zaokrouhlíme na celá čísla):

HCl = 1 + 35 = 36 X 4 = 144

MnO₂ = 55 + 16 + 16 = 87

MnCl₂ = 55 + 35 + 35 = 125

H₂O = 1 + 1 + 16 = 18 X 2 = 36

Cl₂ = 35 + 35 = 70

Aplikujeme pravidlo tří:

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

Budete tedy potřebovat 55,58 gramů oxidu hořečnatého.

Příklad 3: Ve výše uvedené rovnici:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 hodiny₂O + Cl₂

Vypočítejte, kolik gramů kyseliny chlorovodíkové je zapotřebí k výrobě 80 gramů chloridu manganatého.

Protože již známe hodnoty, použijeme pravidlo tří:

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

Bude to trvat 92,16 gramů kyseliny chlorovodíkové.

Příklad 4: Ve stejné rovnici:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 hodiny₂O + Cl₂

Vypočítejte, kolik gramů vody se vyrobí produkcí 125 gramů chloridu manganatého.

Nahradíme hodnoty a použijeme pravidlo tří:

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

Vyrobí se 36 gramů vody.