Eksempel på princippet om støkiometri

Det støkiometri-princip er det kemiske princip, der fastslår, at der i enhver kemisk reaktion er en ligevægt mellem antallet af atomer i de reagerende molekyler og antallet af atomer i de reagerende molekyler fremstille.

Dette princip er baseret på loven om bevarelse af stof, som siger, at det samme antal atomer i hver Element i reaktive stoffer konserveres i reaktionsprodukterne, skønt de kombineres på forskellige måder.

Når en kemisk reaktion finder sted, brydes og modificeres de bindinger, der danner molekylerne i de reagerende forbindelser (reaktanterne), hvilket giver anledning til et eller flere stoffer. Selvom molekylerne er modificeret og ikke længere er de samme, kombineres atomerne, der danner dem, i en forskelligt, men det samlede antal atomer er bevaret, så det skal være det samme før og efter reaktion.

For eksempel i følgende kemiske reaktion:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ELLER

Ifølge det støkiometriske princip skal der være det samme antal atomer på hver side af ligningen. Lad os se det for ligningen, vi så:

HCI + NaOH	-->	NaCl + H2ELLER
Brint = 2 Natrium = 1 Klor = 1 Ilt = 1	= = = =	Brint = 2 Natrium = 1 Klor = 1 Ilt = 1

Støkiometriske beregninger

Støkiometriske beregninger er de operationer, ved hjælp af hvilke vi verificerer, at det støkiometriske princip er opfyldt i ligningerne såvel som dets praktiske anvendelser.

I det foregående eksempel på kombinationen af ​​saltsyre og natriumhydroxid til fremstilling af natriumchlorid og vand lavede vi en støkiometrisk beregning efter atomantal.

En anden metode til kontrol er støkiometrisk beregning efter atommasseenheder, Hvor beregningen foretages baseret på summen af ​​atommasserne af de grundstoffer, der kombineres.

Denne beregning kan udføres med de absolutte masser eller ved afrunding. I eksemplet ovenfor:

Beregning med absolut masse til to decimaler:

HCI + NaOH -> NaCl + H.₂ ELLER

(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

Beregning af atomisk masse afrunding:

HCI + NaOH -> NaCl + H.₂ ELLER

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

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

76 --> 76

Anvendelser af støkiometriske ligninger

En af anvendelserne af støkiometriske ligninger er afbalanceringsligninger, som kan gøres enten ved hjælp af Redox eller prøve- og fejlmetoder, da i begge tilfælde Formålet er at kontrollere, at der er det samme antal atomer af hvert element i reaktanterne og i Produkter.

I det følgende eksempel har vi jerntrichlorid:

Fe + Cl2 = FeCl3

Fe + Cl2	-->	FeCl3
Jern = 1 Klor = 2	= ~	Jern = 1 Klor = 3

I dette tilfælde kender vi formlerne for de reaktive molekyler: Jern (Fe) og klor (Cl₂) og dets produkt: jerntrichlorid (FeCl3₃) og som vi ser, er antallet af kloratomer ikke det samme i begge ligninger.

For at opfylde det støkiometriske princip skal vi finde det samlede antal atomer involveret i reaktionen og produktet, så de er de samme.

For at gøre dette bruger vi en af ​​ligningsbalanceringsmetoderne (Redox, trial and error). I dette eksempel bruger vi prøve- og fejlmetoden.

Det mindst almindelige multiplum af 2 og 3 er 6. Hvis vi multiplicerer, så der er 6 kloratomer på hver side af ligningen, har vi følgende:

Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Jern = 1 Klor = 6	~ =	Jern = 2 Klor = 6

Vi har allerede afbalanceret kloratomerne, men nu mangler vi et jernatom. Som vi kan finde ud af, er det manglende atom på reaktantsiden. Så får vi:

2Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Jern = 2 Klor = 6	= =	Jern = 2 Klor = 6

Som vi kan se, har vi allerede 6 kloratomer placeret i 3 molekyler i reaktanterne og 6 atomer fordelt i grupper på tre atomer i hvert produktmolekyle. Nu ser vi, at for at få det samme antal jernatomer i produktet, har vi brug for to jernmolekyler i reaktanterne. Vi har afbalanceret ligningen.

En anden anvendelse af støkiometriske ligninger er beregningen af ​​reaktanter, begge for at undgå spild af et eller flere af stofferne, såsom beregning af mængden af ​​stoffer for at neutralisere en syre eller en grundlag.

Dette opnås ved molberegning: Summen af ​​atommasserne for hvert af de atomer, der udgør et molekyle, giver som et resultat dets molære masse. For eksempel:

Hvis vi ser efter den molære masse af borsyre (trioxoborsyre), hvis formel er: H₃BO₃, beregner vi først molekylmasserne for hver af dens komponenter ved hjælp af det periodiske system:

H₃ = (3)(1.00) = 3.00

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

ELLER₃ = (3)(15.99) = 47.94

Molær masse = 61,78

Hvilket betyder, at 1 mol borsyre er lig med 61,78 gram.

Beregningen af ​​mol af hver forbindelse tjener os derefter til at beregne den nøjagtige mængde reaktive stoffer, begge så det ikke er overstået eller nødvendigt under reaktionen, samt at beregne, hvor meget der skal opnås en bestemt mængde produkt.

Eksempel:

Hvis vi bruger vores tidligere eksempel på jernklorid, og vi vil vide, hvor meget klor der er at kombinere med 100 gram jern og vide, hvor meget jerntrichlorid der er vil producere.

Ligningen, der udtrykker reaktionen, er følgende:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

Nu foretager vi molberegningen ved at afrunde atommasserne:

Fe = 56

Cl₂ = 70

FeCl₃ = 161

Indtil videre har vi værdien på 1 mol af hvert stof. Nu ser vi, at antallet, der angiver antallet af reaktive og produktmolekyler, også kaldes støkiometrisk koefficient, og det fortæller os, hvor mange mol af det stof, der interagerer. Hvis koefficienten er 1, skrives den ikke.

Så at erstatte de værdier, vi har:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

Vi anvender reglen om tre til at beregne klormassen:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

Så det tager 187,5 gram klor at reagere fuldt ud med jernet.

Nu anvender vi reglen på 3 for at beregne det resulterende produkt:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

Så der vil blive produceret 287,5 gram jerntrichlorid.

Hvis vi tilføjer de gram, der er opnået med forholdet, har vi som et resultat:

100 + 187.5 = 287.5

Med hvilken vi kontrollerer, at beløbene er korrekte.

Støkiometrisk notation

For at undgå tvetydigheder og forvirring ved udtrykkelse af forbindelsernes navn og sammensætning i de forskellige typer kemisk betegnelse af uorganiske forbindelser, IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) har fremmet brugen af ​​støkiometrisk notation, der hovedsagelig anvendes inden for akademiske og forskningsområder, hvormed brugen af ​​suffikser eller romertal ændres ved brug af græske numeriske præfikser, der angiver antallet af atomer for hvert element, der udgør molekyler. I tilfælde af enhedsatomer er præfikset udeladt.

I støkiometrisk notation nævnes først det elektropositive element eller ionen efterfulgt af den elektronegative.

Formel Old Notation Stoichiometric Notation

FeO Jernoxid, Jernoxid Jernoxid

Tro₂ELLER₃: Jernoxid, Jern III-oxid Di-jerntrioxid

Tro₃ELLER₄: Jernoxid IV Tri-jern tetraoxid

Eksempler på anvendelser af det støkiometriske princip

Eksempel 1: Balancér følgende ligning:

HCI + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Anvendelse af oxidreduktionsmetoden (REDOX):

HCI + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

Som vi kan se, er mangan reduceret fra +4 til +2.

Hvis vi gennemgår værdierne for hvert element, eksklusive mangan, som er blevet reduceret, ser vi følgende værdier

Elementreaktive produkter

Brint +1 +4

Klor -1 -4

Oxygen -4 -4

Så nu skal vi afbalancere tallene, så de har de samme værdier på begge sider af ligningen. Da klor og hydrogen er i det samme molekyle, betyder det, at der kræves 4 molekyler saltsyre for at afbalancere værdierne:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

Eksempel 2: I ovenstående ligning:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Beregn, hvor mange gram mangandioxid der kræves for at producere 80 gram mangandichlorid.

Vi beregner først molvægten for hvert molekyle (vi afrunder med hele tal):

HCI = 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

Vi anvender reglen om tre:

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

Så du har brug for 55,58 gram magnesiumdioxid.

Eksempel 3: I ovenstående ligning:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Beregn, hvor mange gram saltsyre der kræves for at producere de 80 gram mangandichlorid.

Da vi allerede kender værdierne, anvender vi reglen om tre:

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

Det tager 92,16 gram saltsyre.

Eksempel 4: I samme ligning:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Beregn hvor mange gram vand der produceres ved at producere 125 gram mangandichlorid.

Vi erstatter værdierne og anvender reglen på tre:

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

Der produceres 36 gram vand.