Példa a sztöchiometria elvére

A sztöchiometria elv az a kémiai elv, amely kimondja, hogy minden kémiai reakcióban egyensúly van a atomok száma a reakcióban lévő molekulákban és atomok száma a reakcióban lévő molekulákban termelni.

Ez az elv az anyag megőrzésének törvényén alapszik, amely kimondja, hogy mindegyikben azonos számú atom található A reaktív anyagok elemei konzerválódnak a reakciótermékekben, bár különböző módon kombinálódnak.

Amikor kémiai reakció megy végbe, a reakcióba lépő vegyületek (a reagensek) molekuláit alkotó kötések megszakadnak és módosulnak, és egy vagy több anyag keletkezik. Bár a molekulák módosultak és már nem azonosak, az őket alkotó atomok egyesülnek a különbözik, de az atomok teljes száma konzervált, tehát meg kell egyeznie az atom előtt és után reakció.

Például a következő kémiai reakcióban:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂VAGY

A sztöchiometrikus elv szerint az egyenlet mindkét oldalán azonos számú atomnak kell lennie. Nézzük meg azt az egyenletet, amelyet láttunk:

HCl + NaOH	-->	NaCl + H2VAGY
Hidrogén = 2 Nátrium = 1 Klór = 1 Oxigén = 1	= = = =	Hidrogén = 2 Nátrium = 1 Klór = 1 Oxigén = 1

Sztöchiometriai számítások

A sztöchiometrikus számítások azok a műveletek, amelyek segítségével ellenőrizzük, hogy a sztöchiometriai elv teljesül-e az egyenletekben, valamint gyakorlati alkalmazásai.

A sósav és nátrium-hidroxid kombinációjának előző példájában nátrium-klorid és víz előállítására a sztöchiometriai számítás atomszámmal.

Az ellenőrzés másik módszere a sztöchiometriai számítás atomi tömegegységekkel, Amelyben a számítást az egyesített elemek atomtömegének összege alapján végezzük.

Ez a számítás elvégezhető abszolút tömegekkel vagy kerekítéssel. A fenti példában:

Számítás abszolút tömeggel két tizedesjegyig:

HCl + Na O H -> Na Cl + H₂ VAGY

(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

Atomtömeg kerekítés számítása:

HCl + Na O H -> Na Cl + H₂ VAGY

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

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

76 --> 76

A sztöchiometrikus egyenletek alkalmazása

A sztöchiometrikus egyenletek egyik felhasználása a kiegyenlítő egyenletek, amely akár Redox, akár próba és hiba módszerekkel elvégezhető, mivel mindkét esetben a A cél annak ellenőrzése, hogy a reagensekben és a reaktánsokban azonos elemszámú atom van-e Termékek.

A következő példában vas-trikloridot találunk:

Fe + Cl2 = FeCl3

Fe + Cl2	-->	FeCl3
Vas = 1 Klór = 2	= ~	Vas = 1 Klór = 3

Ebben az esetben ismerjük a reaktív molekulák képleteit: vas (Fe) és klór (Cl₂) és terméke: vas-triklorid (FeCl3₃) és amint látjuk, a klóratomok száma nem egyenlő mindkét egyenletben.

A sztöchiometrikus elv teljesítéséhez meg kell találnunk a reakcióban részt vevő atomok és a termék teljes számát, hogy azok megegyezzenek.

Ehhez az egyenletkiegyenlítési módszerek egyikét használjuk (Redox, próba és hiba). Ebben a példában a próba és hiba módszert fogjuk használni.

A 2 és 3 legkisebb közös többszöröse 6. Ha úgy szorzunk, hogy az egyenlet mindkét oldalán 6 klóratom található, a következőket kapjuk:

Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Vas = 1 Klór = 6	~ =	Vas = 2 Klór = 6

Már kiegyensúlyoztuk a klóratomokat, de most hiányzik egy vasatom. Mint kitalálhatjuk, a hiányzó atom a reaktáns oldalon található. Akkor lesz:

2Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Vas = 2 Klór = 6	= =	Vas = 2 Klór = 6

Mint láthatjuk, már 6 klóratom található 3 molekulában a reaktánsokban, és 6 atom három atom csoportjában oszlik el minden egyes termékmolekulában. Most azt látjuk, hogy ahhoz, hogy ugyanannyi vasatom jusson a termékbe, két vasmolekulára van szükségünk a reagensekben. Kiegyenlítettük az egyenletet.

A sztöchiometrikus egyenletek másik felhasználása a reagensek kiszámítása, mindkettő elkerülése érdekében bármely anyag hulladéka, például egy sav semlegesítésére szolgáló anyagok mennyiségének kiszámítása vagy a bázis.

Ezt moláris számítással érjük el: A molekulát alkotó egyes atomok atomtömegének összege eredményezi annak moláris tömegét. Például:

Ha a bórsav (trioxobórsav) moláris tömegét keressük, amelynek képlete: H₃BO₃, először kiszámoljuk az egyes komponensek molekulatömegét a periódusos rendszer segítségével:

H₃ = (3)(1.00) = 3.00

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

VAGY₃ = (3)(15.99) = 47.94

Moláris tömeg = 61,78

Ami azt jelenti, hogy 1 mol bórsav egyenlő 61,78 grammal.

Az egyes vegyületek móljának kiszámítása ezután kiszámítja a reaktív anyagok pontos mennyiségét, mindkettőt hogy ne legyen túl vagy szükség legyen a reakció során, valamint kiszámolja, hogy mennyit kell nyerni egy bizonyos mennyiségű termékhez.

Példa:

Ha az előző vas-klorid-példánkat használjuk, és tudni akarjuk, mennyi a klór 100 gramm vashoz kombinálva, és tudja, mennyi a vas-triklorid mennyisége termelni fog.

A reakciót kifejező egyenlet a következő:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

Most a moláris számítást az atomtömegek kerekítésével végezzük:

Fe = 56

Cl₂ = 70

FeCl₃ = 161

Eddig minden anyagnak 1 mol értéke van. Most azt látjuk, hogy a reaktív és termékmolekulák számát jelző számot is hívják sztöchiometrikus együttható, és megmondja nekünk, hogy az anyag hány mólja lép kölcsönhatásba. Abban az esetben, ha az együttható 1, azt nem írják meg.

Tehát behelyettesítjük az értékeket:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

A hármas szabályt alkalmazzuk a klór tömegének kiszámításához:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

Tehát 187,5 gramm klórra lesz szükség ahhoz, hogy a vas teljesen reagáljon.

Most a 3-as szabályt alkalmazzuk a kapott termék kiszámításához:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

Tehát 287,5 gramm vas-triklorid keletkezik.

Ha összeadjuk a kapcsolattal kapott grammokat, akkor ennek eredménye:

100 + 187.5 = 287.5

Amellyel ellenőrizzük, hogy az összegek helyesek-e.

Sztöchiometrikus jelölés

Annak elkerülése érdekében, hogy a vegyületek nevét és összetételét a szervetlen vegyületek különféle kémiai Az IUPAC (a Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója) ösztönözte a sztöchiometrikus jelölések alkalmazását, elsősorban tudományos és kutatási területeken, amelyekkel az utótagok vagy a római számok használata megváltozik, görög numerikus előtagok használatával, amelyek jelzik az egyes alkotóelemek atomszámát molekulák. Egységatomok esetén az előtagot kihagyjuk.

A sztöchiometrikus jelölésben először az elektropozitív elemet vagy iont említik, majd az elektronegatív elemet.

Formula régi jelölés sztöchiometrikus jelölés

FeO Vas-oxid, Vas-oxid Vas-oxid

Hit₂VAGY₃: Vas-oxid, Vas-III-oxid Di-vas-trioxid

Hit₃VAGY₄: Vas-oxid IV Tri-vas-tetraoxid

Példák a sztöchiometrikus elv alkalmazására

1. példa: Kiegyenlítse a következő egyenletet:

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Az oxid-redukciós módszer (REDOX) alkalmazása:

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

Mint láthatjuk, a mangán +4-ről +2-re csökkent.

Ha áttekintjük az egyes elemek értékeit, kivéve a mangánt, amelyet csökkentettünk, a következő értékeket látjuk

Reaktív termékek

Hidrogén +1 +4

Klór -1-4

Oxigén -4 -4

Tehát most ki kell egyensúlyoznunk a számokat, hogy az egyenlet mindkét oldalán ugyanazok az értékek legyenek. Mivel a klór és a hidrogén ugyanabban a molekulában van, ez azt jelenti, hogy 4 molekula sósavra van szükség az értékek kiegyensúlyozásához:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

2. példa: A fenti egyenletben:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Számítsa ki, hogy hány gramm mangán-dioxid szükséges 80 gramm mangán-diklorid előállításához.

Először kiszámoljuk az egyes molekulák moláris tömegét (egész számokkal kerekítjük):

HCl = 1 + 35 = 36 X4 = 144

MnO₂ = 55 + 16 + 16 = 87

MnCl₂ = 55 + 35 + 35 = 125

H₂O = 1 + 1 + 16 = 18 X2 = 36

Cl₂ = 35 + 35 = 70

A három szabályt alkalmazzuk:

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

Tehát 55,58 gramm magnézium-dioxidra lesz szüksége.

3. példa: A fenti egyenletben:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Számítsa ki, hogy hány gramm sósav szükséges a 80 gramm mangán-diklorid előállításához.

Mivel már ismerjük az értékeket, három szabályt alkalmazunk:

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

92,16 gramm sósavra lesz szükség.

4. példa: Ugyanabban az egyenletben:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Számítsa ki, hogy hány gramm vizet állít elő 125 gramm mangán-diklorid előállításával.

Helyettesítjük az értékeket, és három szabályt alkalmazunk:

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

36 gramm vizet állítanak elő.