Beispiel für das Prinzip der Stöchiometrie

Das Stöchiometrie-Prinzip ist das chemische Prinzip, das festlegt, dass bei jeder chemischen Reaktion ein Gleichgewicht zwischen den Anzahl der Atome in den reagierenden Molekülen und die Anzahl der Atome in den reagierenden Molekülen produzieren.

Dieses Prinzip basiert auf dem Erhaltungssatz der Materie, der besagt, dass in jedem die gleiche Anzahl von Atomen Elemente in reaktiven Stoffen bleiben in den Reaktionsprodukten erhalten, obwohl sie auf unterschiedliche Weise kombiniert werden.

Bei einer chemischen Reaktion werden die Bindungen, die die Moleküle der reagierenden Verbindungen (die Reaktanten) bilden, aufgebrochen und modifiziert, wodurch ein oder mehrere Stoffe entstehen. Obwohl die Moleküle modifiziert und nicht mehr dieselben sind, verbinden sich die Atome, die sie bilden, zu einem unterschiedlich, aber die Gesamtzahl der Atome bleibt erhalten, also muss sie vor und nach der gleich sein Reaktion.

Zum Beispiel in der folgenden chemischen Reaktion:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ODER

Nach dem stöchiometrischen Prinzip müssen auf jeder Seite der Gleichung gleich viele Atome vorhanden sein. Sehen wir es uns für die Gleichung an, die wir gesehen haben:

HCl + NaOH	-->	NaCl + H2ODER
Wasserstoff = 2 Natrium = 1 Chlor = 1 Sauerstoff = 1	= = = =	Wasserstoff = 2 Natrium = 1 Chlor = 1 Sauerstoff = 1

Stöchiometrische Berechnungen

Stöchiometrische Berechnungen sind die Operationen, mit denen wir die Erfüllung des stöchiometrischen Prinzips in den Gleichungen sowie seine praktischen Anwendungen überprüfen.

Im vorherigen Beispiel der Kombination von Salzsäure und Natriumhydroxid zur Herstellung von Natriumchlorid und Wasser haben wir a stöchiometrische Berechnung durch Atomzählung.

Eine andere Methode zur Überprüfung ist die stöchiometrische Berechnung nach atomaren Masseneinheiten, bei dem die Berechnung auf der Grundlage der Summe der Atommassen der kombinierten Elemente erfolgt.

Diese Berechnung kann durch die absoluten Massen oder durch Runden erfolgen. Im obigen Beispiel:

Berechnung nach absoluter Masse auf zwei Dezimalstellen:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ ODER

(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

Berechnung der Atommassenrundung:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ ODER

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

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

76 --> 76

Anwendungen stöchiometrischer Gleichungen

Eine der Anwendungen stöchiometrischer Gleichungen ist die Ausgleichsgleichungen, was entweder durch die Redox- oder Trial-and-Error-Methoden erfolgen kann, da in beiden Fällen die Der Zweck besteht darin, zu überprüfen, ob in den Reaktanten und in der die gleiche Anzahl von Atomen jedes Elements Produkte.

Im folgenden Beispiel haben wir Eisentrichlorid:

Fe + Cl2 = FeCl3

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

In diesem Fall kennen wir die Formeln der reaktiven Moleküle: Eisen (Fe) und Chlor (Cl₂) und sein Produkt: Eisentrichlorid (FeCl3₃) und wie wir sehen, ist die Anzahl der Chloratome in beiden Gleichungen nicht gleich.

Um das stöchiometrische Prinzip zu erfüllen, müssen wir die Gesamtzahl der an der Reaktion beteiligten Atome und das Produkt finden, damit sie gleich sind.

Dazu verwenden wir eine der Gleichungsausgleichsmethoden (Redox, Trial and Error). In diesem Beispiel verwenden wir die Trial-and-Error-Methode.

Das kleinste gemeinsame Vielfache von 2 und 3 ist 6. Wenn wir so multiplizieren, dass auf jeder Seite der Gleichung 6 Chloratome vorhanden sind, erhalten wir Folgendes:

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

Die Chloratome haben wir schon ausbalanciert, aber jetzt fehlt uns noch ein Eisenatom. Wie wir herausfinden können, befindet sich das fehlende Atom auf der Reaktantenseite. Dann haben wir:

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

Wie wir sehen, haben wir in den Reaktanten bereits 6 Chloratome in 3 Molekülen und in jedem Produktmolekül 6 Atome in Gruppen von drei Atomen verteilt. Jetzt sehen wir, dass wir zwei Eisenmoleküle in den Reaktanten benötigen, um die gleiche Anzahl von Eisenatomen im Produkt zu erhalten. Wir haben die Gleichung ausgeglichen.

Eine weitere Anwendung stöchiometrischer Gleichungen ist die Berechnung von Reaktanten, um beides zu vermeiden Abfall eines der Stoffe, wie zum Beispiel die Berechnung der Menge an Stoffen, um eine Säure zu neutralisieren oder a Base.

Dies wird durch molare Berechnung erreicht: Die Summe der Atommassen jedes der Atome, aus denen ein Molekül besteht, ergibt seine Molmasse. Beispielsweise:

Wenn wir nach der Molmasse von Borsäure (Trioxoborsäure) suchen, deren Formel lautet: H₃BO₃, berechnen wir zunächst die Molekulargewichte jeder seiner Komponenten mithilfe des Periodensystems:

H₃ = (3)(1.00) = 3.00

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

ODER₃ = (3)(15.99) = 47.94

Molmasse = 61,78

Das bedeutet, dass 1 Mol Borsäure 61,78 Gramm entspricht.

Die Berechnung der Mole jeder Verbindung dient uns dann dazu, die genaue Menge an reaktiven Substanzen zu berechnen, beides damit es während der Reaktion nicht zu Ende ist oder benötigt wird, sowie um zu berechnen, wie viel man eine bestimmte Produktmenge erhält.

Beispiel:

Wenn wir unser vorheriges Beispiel von Eisenchlorid verwenden und wissen möchten, wie viel Chlor es gibt mit 100 Gramm Eisen zu kombinieren und zu wissen, wie viel Eisentrichlorid ist wird herstellen.

Die Gleichung, die die Reaktion ausdrückt, ist die folgende:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

Nun führen wir die Molarrechnung durch, indem wir die Atommassen runden:

Fe = 56

Cl₂ = 70

FeCl₃ = 161

Bisher haben wir den Wert von 1 Mol jeder Substanz. Nun sehen wir, dass die Zahl, die die Anzahl der reaktiven und Produktmoleküle angibt, auch genannt wird stöchiometrischer Koeffizient, und es sagt uns, wie viele Mole dieser Substanz interagieren. Falls der Koeffizient 1 ist, wird er nicht geschrieben.

Wir ersetzen also die Werte, die wir haben werden:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

Wir wenden die Dreierregel an, um die Masse von Chlor zu berechnen:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

Es werden also 187,5 Gramm Chlor benötigt, um vollständig mit dem Eisen zu reagieren.

Nun wenden wir die Regel von 3 an, um das resultierende Produkt zu berechnen:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

Es werden also 287,5 Gramm Eisentrichlorid produziert.

Wenn wir die mit der Beziehung erhaltenen Gramm addieren, erhalten wir als Ergebnis:

100 + 187.5 = 287.5

Damit prüfen wir, ob die Beträge korrekt sind.

Stöchiometrische Notation

Um Mehrdeutigkeiten und Verwirrung bei der Angabe von Namen und Zusammensetzung der Verbindungen zu vermeiden, wird in den verschiedenen Arten der chemischen Notation anorganischer Verbindungen die IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) hat die Verwendung der stöchiometrischen Notation gefördert, die hauptsächlich in akademischen und Forschungsbereichen verwendet wird. mit denen die Verwendung von Suffixen oder römischen Ziffern geändert wird, durch die Verwendung griechischer numerischer Präfixe, die die Anzahl der Atome jedes Elements angeben, aus denen die besteht Moleküle. Bei Einheitsatomen entfällt das Präfix.

In stöchiometrischer Schreibweise wird zuerst das elektropositive Element oder Ion erwähnt, gefolgt vom elektronegativen.

Formel Alte Notation Stöchiometrische Notation

FeO Eisenoxid, Eisenoxid Eisenoxid

Vertrauen₂ODER₃: Eisenoxid, Eisen-III-oxid Di-Eisentrioxid

Vertrauen₃ODER₄: Eisenoxid IV Tri-Eisentetraoxid

Anwendungsbeispiele des stöchiometrischen Prinzips

Beispiel 1: Balancieren Sie die folgende Gleichung:

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Anwendung der Oxidreduktionsmethode (REDOX):

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

Wie wir sehen, wurde Mangan von +4 auf +2 reduziert.

Wenn wir die Werte für jedes Element überprüfen, mit Ausnahme von Mangan, das reduziert wurde, sehen wir die folgenden Werte

Elementreaktive Produkte

Wasserstoff +1 +4

Chlor -1 -4

Sauerstoff -4 -4

Jetzt müssen wir also die Zahlen ausgleichen, damit sie auf beiden Seiten der Gleichung die gleichen Werte haben. Da Chlor und Wasserstoff im selben Molekül enthalten sind, werden 4 Moleküle Salzsäure benötigt, um die Werte auszugleichen:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

Beispiel 2: In der obigen Gleichung:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Berechnen Sie, wie viel Gramm Mangandioxid benötigt wird, um 80 Gramm Mangandichlorid herzustellen.

Wir berechnen zunächst das Molgewicht jedes Moleküls (wir runden mit ganzen Zahlen):

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

Wir wenden die Dreierregel an:

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

Sie benötigen also 55,58 Gramm Magnesiumdioxid.

Beispiel 3: In der obigen Gleichung:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Berechnen Sie, wie viel Gramm Salzsäure benötigt wird, um die 80 Gramm Mangandichlorid herzustellen.

Da wir die Werte bereits kennen, wenden wir die Dreierregel an:

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

Es werden 92,16 Gramm Salzsäure benötigt.

Beispiel 4: In der gleichen Gleichung:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Berechnen Sie, wie viel Gramm Wasser durch die Herstellung von 125 Gramm Mangandichlorid produziert werden.

Wir ersetzen die Werte und wenden die Dreierregel an:

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

36 Gramm Wasser werden produziert.