Przykład zasady stechiometrii

zasada stechiometrii jest zasadą chemiczną, która ustala, że ​​w każdej reakcji chemicznej istnieje równowaga między liczba atomów w reagujących cząsteczkach i liczba atomów w reagujących cząsteczkach produkować.

Zasada ta opiera się na prawie zachowania materii, które mówi, że w każdym jest taka sama liczba atomów Pierwiastek w substancjach reaktywnych będzie zachowany w produktach reakcji, chociaż łączy się je na różne sposoby.

Kiedy zachodzi reakcja chemiczna, wiązania, które tworzą cząsteczki reagujących związków (reagentów), są zrywane i modyfikowane, dając początek jednej lub większej liczbie substancji. Chociaż cząsteczki są zmodyfikowane i nie są już takie same, tworzące je atomy łączą się w a różne, ale całkowita liczba atomów jest zachowana, więc musi być taka sama przed i po reakcja.

Na przykład w następującej reakcji chemicznej:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂LUB

Zgodnie z zasadą stechiometryczną po każdej stronie równania musi być taka sama liczba atomów. Zobaczmy to dla równania, które widzieliśmy:

HCl + NaOH	-->	NaCl + H2LUB
Wodór = 2 Sód = 1 Chlor = 1 Tlen = 1	= = = =	Wodór = 2 Sód = 1 Chlor = 1 Tlen = 1

Obliczenia stechiometryczne

Obliczenia stechiometryczne to operacje, za pomocą których weryfikujemy spełnienie w równaniach zasady stechiometrycznej oraz jej praktyczne zastosowania.

W poprzednim przykładzie połączenia kwasu solnego i wodorotlenku sodu w celu wytworzenia chlorku sodu i wody wykonaliśmy: obliczenia stechiometryczne według liczby atomów.

Inną metodą sprawdzania jest obliczenia stechiometryczne w jednostkach masy atomowej, w którym obliczenia są dokonywane na podstawie sumy mas atomowych połączonych pierwiastków.

To obliczenie można wykonać za pomocą mas bezwzględnych lub zaokrąglając. W powyższym przykładzie:

Obliczanie przez masę bezwzględną z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ LUB

(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

Obliczanie zaokrągleń masy atomowej:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ LUB

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

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

76 --> 76

Zastosowania równań stechiometrycznych

Jednym z zastosowań równań stechiometrycznych jest równania równoważące, co można zrobić metodą Redox lub metodą prób i błędów, ponieważ w obu przypadkach Celem jest sprawdzenie, czy w reagentach i w jest taka sama liczba atomów każdego pierwiastka produkty.

W poniższym przykładzie mamy trójchlorek żelaza:

Fe + Cl2 = FeCl3

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

W tym przypadku znamy wzory reaktywnych cząsteczek: Żelaza (Fe) i Chloru (Cl₂) i jego produkt: trichlorek żelaza (FeCl3₃) i jak widać, liczba atomów chloru w obu równaniach nie jest taka sama.

Aby spełnić zasadę stechiometryczną, musimy znaleźć całkowitą liczbę atomów biorących udział w reakcji i produkcie, tak aby były takie same.

W tym celu wykorzystujemy jedną z metod równoważenia równań (Redox, próba i błąd). W tym przykładzie użyjemy metody prób i błędów.

Najmniejsza wspólna wielokrotność 2 i 3 to 6. Jeśli pomnożymy tak, że po każdej stronie równania będzie 6 atomów chloru, otrzymamy:

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

Zrównoważyliśmy już atomy chloru, ale teraz brakuje nam atomu żelaza. Jak możemy się domyślić, brakujący atom znajduje się po stronie reagenta. Wtedy będziemy mieli:

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

Jak widać, w reagentach mamy już 6 atomów chloru zlokalizowanych w 3 cząsteczkach, aw każdej cząsteczce produktu 6 atomów rozmieszczonych w grupach po trzy atomy. Teraz widzimy, że aby uzyskać taką samą liczbę atomów żelaza w produkcie, potrzebujemy dwóch cząsteczek żelaza w reagentach. Zrównoważyliśmy równanie.

Innym zastosowaniem równań stechiometrycznych jest obliczanie reagentów, zarówno w celu uniknięcia odpady dowolnej z substancji, takie jak obliczanie ilości substancji do neutralizacji kwasu lub baza.

Osiąga się to poprzez obliczenia molowe: suma mas atomowych każdego z atomów tworzących cząsteczkę daje w rezultacie jego masę molową. Na przykład:

Jeśli szukamy masy molowej kwasu borowego (kwasu trioksoboranowego) o wzorze: H₃BO₃, najpierw obliczamy masy cząsteczkowe każdego z jego składników, korzystając z układu okresowego:

H₃ = (3)(1.00) = 3.00

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

LUB₃ = (3)(15.99) = 47.94

Masa molowa = 61,78

Co oznacza, że ​​1 mol kwasu borowego to 61,78 grama.

Obliczenie liczby moli każdego związku posłuży nam do obliczenia dokładnej ilości substancji reaktywnych, zarówno tak, aby nie skończyła się ani nie była potrzebna podczas reakcji, a także obliczyć, ile trzeba uzyskać określonej ilości produktu.

Przykład:

Jeśli użyjemy naszego poprzedniego przykładu chlorku żelaza i chcemy wiedzieć, ile jest tam chloru połączyć ze 100 gramami żelaza i wiedzieć, ile jest trójchlorku żelaza będzie produkować.

Równanie wyrażające reakcję jest następujące:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

Teraz wykonujemy obliczenia molowe, zaokrąglając masy atomowe:

Fe = 56

Cl₂ = 70

FeCl₃ = 161

Do tej pory mamy wartość 1 mola każdej substancji. Teraz widzimy, że liczba, która wskazuje liczbę cząsteczek reaktywnych i produktów, jest również nazywana współczynnik stechiometryczny, i mówi nam, ile moli tej substancji wchodzi w interakcje. W przypadku, gdy współczynnik wynosi 1, nie jest to zapisywane.

Czyli podstawiając wartości będziemy mieli:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

Do obliczenia masy chloru stosujemy zasadę trzech:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

Tak więc, aby w pełni przereagować z żelazem, potrzeba 187,5 gramów chloru.

Teraz stosujemy regułę 3, aby obliczyć wynikowy iloczyn:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

Wyprodukuje się więc 287,5 gramów trichlorku żelaza.

Jeśli dodamy gramy uzyskane z zależności, otrzymamy w wyniku:

100 + 187.5 = 287.5

Za pomocą którego sprawdzamy, czy kwoty są prawidłowe.

Notacja stechiometryczna

Aby uniknąć niejasności i nieporozumień przy wyrażaniu nazwy i składu związków, w różnych typach notacji chemicznej związków nieorganicznych, IUPAC (Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej) promuje stosowanie notacji stechiometrycznej, stosowanej głównie w dziedzinach akademickich i badawczych, za pomocą których zmienia się użycie przyrostków lub cyfr rzymskich, poprzez użycie greckich przedrostków liczbowych, które wskazują liczbę atomów każdego pierwiastka, które tworzą molekuły. W przypadku atomów jednostkowych prefiks jest pomijany.

W notacji stechiometrycznej pierwiastek elektrododatni lub jon jest wymieniony jako pierwszy, a następnie elektroujemny.

Formuła Stara notacja Notacja stechiometryczna

FeO Tlenek żelaza, Tlenek żelaza Tlenek żelaza

Wiara₂LUB₃: Tlenek żelaza, tlenek żelaza III Trójtlenek di-żelazai

Wiara₃LUB₄: Żelazo tlenek IV Tri-żelazo tetratlenek

Przykłady zastosowań zasady stechiometrycznej

Przykład 1: Zrównoważ następujące równanie:

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 godz₂O + Cl₂

Zastosowanie metody redukcji tlenków (REDOX):

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 godz₂O + Cl₂

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

Jak widać mangan został zmniejszony z +4 do +2.

Jeśli przejrzymy wartości dla każdego pierwiastka, z wyjątkiem manganu, który został zredukowany, widzimy następujące wartości

Produkty reaktywne element

Wodór +1 +4

Chlor -1 -4

Tlen -4 -4

Więc teraz musimy zrównoważyć liczby, aby miały te same wartości po obu stronach równania. Ponieważ chlor i wodór znajdują się w tej samej cząsteczce, oznacza to, że do zrównoważenia wartości potrzebne są 4 cząsteczki kwasu chlorowodorowego:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 godz₂O + Cl₂

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

Przykład 2: W powyższym równaniu:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 godz₂O + Cl₂

Oblicz, ile gramów dwutlenku manganu potrzeba do wyprodukowania 80 gramów dichlorku manganu.

Najpierw obliczamy masę molową każdej cząsteczki (będziemy zaokrąglać do liczb całkowitych):

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

Stosujemy zasadę trzech:

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

Będziesz więc potrzebował 55,58 gramów dwutlenku magnezu.

Przykład 3: W powyższym równaniu:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 godz₂O + Cl₂

Oblicz, ile gramów kwasu solnego potrzeba do wyprodukowania 80 gramów dichlorku manganu.

Ponieważ znamy już wartości, stosujemy zasadę trzech:

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

To zajmie 92,16 grama kwasu solnego.

Przykład 4: W tym samym równaniu:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 godz₂O + Cl₂

Oblicz, ile gramów wody powstaje przy produkcji 125 gramów dichlorku manganu.

Zastępujemy wartości i stosujemy zasadę trzech:

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

Wyprodukuje się 36 gramów wody.