Пример принципа стехиометрии

В принцип стехиометрии это химический принцип, который устанавливает, что в каждой химической реакции существует равновесие между число атомов в реагирующих молекулах и число атомов в реагирующих молекулах производить.

Этот принцип основан на законе сохранения материи, который гласит, что одинаковое количество атомов в каждом Элемент в реакционноспособных веществах будет сохраняться в продуктах реакции, хотя и сочетается по-разному.

Когда происходит химическая реакция, связи, которые образуют молекулы реагирующих соединений (реагентов), разрываются и модифицируются, давая начало одному или нескольким веществам. Хотя молекулы модифицированы и больше не являются прежними, атомы, которые их образуют, объединяются в разные, но общее количество атомов сохраняется, поэтому оно должно быть одинаковым до и после реакция.

Например, в следующей химической реакции:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ИЛИ ЖЕ

Согласно стехиометрическому принципу, на каждой стороне уравнения должно быть одинаковое количество атомов. Давайте посмотрим на уравнение, которое мы видели:

HCl + NaOH	-->	NaCl + H2ИЛИ ЖЕ
Водород = 2 Натрий = 1 Хлор = 1 Кислород = 1	= = = =	Водород = 2 Натрий = 1 Хлор = 1 Кислород = 1

Стехиометрические расчеты

Стехиометрические вычисления - это операции, с помощью которых мы проверяем выполнение стехиометрического принципа в уравнениях, а также его практические приложения.

В предыдущем примере комбинации соляной кислоты и гидроксида натрия для получения хлорида натрия и воды мы сделали стехиометрический расчет по количеству атомов.

Другой метод проверки - это стехиометрический расчет по атомным единицам массы, В котором расчет производится на основе суммы атомных масс элементов, которые объединены.

Этот расчет может производиться по абсолютным массам или путем округления. В приведенном выше примере:

Расчет по абсолютной массе с точностью до двух знаков после запятой:

HCl + Na O H -> Na Cl + H₂ ИЛИ ЖЕ

(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

Расчет округления атомной массы:

HCl + Na O H -> Na Cl + H₂ ИЛИ ЖЕ

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

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

76 --> 76

Приложения стехиометрических уравнений

Одно из применений стехиометрических уравнений - это уравновешивающие уравнения, что может быть выполнено либо окислительно-восстановительным методом, либо методом проб и ошибок, поскольку в обоих случаях Цель состоит в том, чтобы проверить, одинаковое ли количество атомов каждого элемента в реагентах и ​​в продукты.

В следующем примере у нас есть трихлорид железа:

Fe + Cl2 = FeCl3

Fe + Cl2	-->	FeCl3
Железо = 1 Хлор = 2	= ~	Железо = 1 Хлор = 3

В этом случае нам известны формулы реактивных молекул: железа (Fe) и хлора (Cl₂), и его продукт: трихлорид железа (FeCl3₃) и, как мы видим, количество атомов хлора в обоих уравнениях неодинаково.

Чтобы выполнить стехиометрический принцип, мы должны найти общее количество атомов, участвующих в реакции, и продукт, чтобы они были одинаковыми.

Для этого мы используем один из методов балансировки уравнений (окислительно-восстановительный потенциал, проб и ошибок). В этом примере мы будем использовать метод проб и ошибок.

Наименьшее общее кратное 2 и 3 равно 6. Если мы умножим так, чтобы на каждой стороне уравнения было по 6 атомов хлора, мы получим следующее:

Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Железо = 1 Хлор = 6	~ =	Железо = 2 Хлор = 6

Мы уже сбалансировали атомы хлора, но теперь нам не хватает атома железа. Как мы можем понять, недостающий атом находится на стороне реагента. Тогда у нас будет:

2Fe + 3Cl2	-->	2FeCl3
Железо = 2 Хлор = 6	= =	Железо = 2 Хлор = 6

Как мы видим, у нас уже есть 6 атомов хлора, расположенных в 3 молекулах реагентов, и 6 атомов, распределенных группами по три атома в каждой молекуле продукта. Теперь мы видим, что для получения того же количества атомов железа в продукте нам нужны две молекулы железа в реагентах. Мы сбалансировали уравнение.

Еще одно использование стехиометрических уравнений - расчет реагентов, чтобы избежать отходы любого из веществ, например, расчет количества веществ для нейтрализации кислоты или база.

Это достигается с помощью молярного расчета: сумма атомных масс каждого из атомов, составляющих молекулу, дает в результате ее молярную массу. Например:

Если мы ищем молярную массу борной кислоты (триоксоборной кислоты), формула которой: H₃BO₃, мы сначала вычисляем молекулярные массы каждого из его компонентов, используя периодическую таблицу:

ЧАС₃ = (3)(1.00) = 3.00

В = (1) (10,81) = 10,81

ИЛИ ЖЕ₃ = (3)(15.99) = 47.94

Молярная масса = 61,78.

Это означает, что 1 моль борной кислоты равен 61,78 грамму.

Вычисление молей каждого соединения затем поможет нам вычислить точное количество реакционноспособных веществ, как чтобы он не закончился и не понадобился во время реакции, а также рассчитать, сколько нужно получить определенное количество продукта.

Пример:

Если мы воспользуемся нашим предыдущим примером хлорида железа и захотим узнать, сколько в нем хлора соединить со 100 граммами железа и узнать, сколько в нем количества трихлорида железа будет производить.

Уравнение, выражающее реакцию, следующее:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

Теперь мы производим молярный расчет, округляя атомные массы:

Fe = 56

Cl₂ = 70

FeCl₃ = 161

Пока что у нас есть стоимость 1 моль каждого вещества. Теперь мы видим, что число, обозначающее количество реактивных молекул и молекул продукта, также называется стехиометрический коэффициент, и это говорит нам, сколько молей этого вещества взаимодействуют. В случае, если коэффициент равен 1, он не записывается.

Итак, подставив значения, мы получим:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

Применим правило трех для расчета массы хлора:

100/112 = х / 210

21000/112=187.5

Таким образом, чтобы полностью прореагировать с железом, потребуется 187,5 граммов хлора.

Теперь применим правило 3, чтобы вычислить получившийся продукт:

100/112 = х / 322

32200/112=287.5

Таким образом, будет произведено 287,5 грамма трихлорида железа.

Если сложить граммы, полученные с помощью отношения, в результате мы получим:

100 + 187.5 = 287.5

С помощью которого мы проверяем правильность сумм.

Стехиометрические обозначения

Во избежание двусмысленности и путаницы при выражении названия и состава соединений в различных типах химической записи неорганических соединений IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии) продвигает использование стехиометрических обозначений, используемых в основном в академических и исследовательских областях, при котором использование суффиксов или римских цифр изменено путем использования греческих числовых префиксов, указывающих количество атомов каждого элемента, составляющих молекулы. В случае единичных атомов префикс опускается.

В стехиометрических обозначениях сначала упоминается электроположительный элемент или ион, а затем - электроотрицательный.

Формула Старое обозначение Стехиометрическое обозначение

FeO Закись железа, Оксид железа Оксид железа

Вера₂ИЛИ ЖЕ₃: Оксид железа, оксид железа III, триоксид железа.

Вера₃ИЛИ ЖЕ₄: Оксид железа IV Трехокись железа

Примеры применения стехиометрического принципа

Пример 1: Сбалансируйте следующее уравнение:

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Применение оксидно-восстановительного метода (РЕДОКС):

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

Как видим, марганец снижен с +4 до +2.

Если мы рассмотрим значения для каждого элемента, за исключением марганца, который был уменьшен, мы увидим следующие значения

Элементные реактивные продукты

Водород +1 +4

Хлор -1-4

Кислород -4-4

Итак, теперь мы должны сбалансировать числа, чтобы они имели одинаковые значения с обеих сторон уравнения. Поскольку хлор и водород находятся в одной молекуле, это означает, что для уравновешивания значений требуются 4 молекулы соляной кислоты:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

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

Пример 2: В приведенном выше уравнении:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Подсчитайте, сколько граммов диоксида марганца требуется для производства 80 граммов дихлорида марганца.

Сначала рассчитаем молярную массу каждой молекулы (округлим до целых чисел):

HCl = 1 + 35 = 36 X 4 = 144

MnO₂ = 55 + 16 + 16 = 87

MnCl₂ = 55 + 35 + 35 = 125

ЧАС₂О = 1 + 1 + 16 = 18 Х 2 = 36

Cl₂ = 35 + 35 = 70

Применяем правило трех:

х / 87 = 80/125 = 6960/125 = 55,58

Итак, вам понадобится 55,58 грамма диоксида магния.

Пример 3: В приведенном выше уравнении:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Подсчитайте, сколько граммов соляной кислоты требуется для производства 80 граммов дихлорида марганца.

Поскольку нам уже известны значения, мы применяем правило трех:

х / 144 = 80/125 = 11520/125 = 92,16

Понадобится 92,16 грамма соляной кислоты.

Пример 4: В том же уравнении:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂

Подсчитайте, сколько граммов воды получается при производстве 125 граммов дихлорида марганца.

Подставляем значения и применяем правило трех:

х / 36 = 125/125 = 4500/125 = 36

Будет произведено 36 граммов воды.