Príklad princípu stechiometrie

The princíp stechiometrie je chemický princíp, ktorý tvrdí, že pri každej chemickej reakcii existuje rovnováha medzi počet atómov v reagujúcich molekulách a počet atómov v reagujúcich molekulách vyrábať.

Tento princíp je založený na zákone konzervácie hmoty, ktorý hovorí, že v každom je rovnaký počet atómov Element v reaktívnych látkach bude v reakčných produktoch konzervovaný, aj keď sú kombinované rôznymi spôsobmi.

Keď dôjde k chemickej reakcii, väzby, ktoré tvoria molekuly reagujúcich zlúčenín (reaktantov), ​​sa rozbijú a modifikujú za vzniku jednej alebo viacerých látok. Aj keď sú molekuly modifikované a už nie sú rovnaké, atómy, ktoré ich tvoria, sa kombinujú v a rôzne, ale celkový počet atómov je zachovaný, takže musí byť rovnaký pred aj po reakcia.

Napríklad pri nasledujúcej chemickej reakcii:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ALEBO

Podľa stechiometrického princípu musí byť na každej strane rovnice rovnaký počet atómov. Pozrime sa na rovnicu, ktorú sme videli:

HCl + NaOH	-->	NaCl + H2ALEBO
Vodík = 2 Sodík = 1 Chlór = 1 Kyslík = 1	= = = =	Vodík = 2 Sodík = 1 Chlór = 1 Kyslík = 1

Stechiometrické výpočty

Stechiometrické výpočty sú operácie, pomocou ktorých overujeme, či je stechiometrický princíp v rovniciach, ako aj v jeho praktických aplikáciách splnený.

V predchádzajúcom príklade kombinácie kyseliny chlorovodíkovej a hydroxidu sodného na výrobu chloridu sodného a vody sme vytvorili a stechiometrický výpočet podľa počtu atómov.

Ďalším spôsobom kontroly je stechiometrický výpočet jednotkami atómovej hmotnosti, V ktorom sa výpočet vykonáva na základe súčtu atómových hmotností prvkov, ktoré sú spojené.

Tento výpočet je možné vykonať pomocou absolútnych hmotností alebo zaokrúhlením. V príklade vyššie:

Výpočet absolútnou hmotnosťou na dve desatinné miesta:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ ALEBO

(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

Výpočet zaokrúhlenia atómovej hmotnosti:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂ ALEBO

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

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

76 --> 76

Aplikácia stechiometrických rovníc

Jedným z použití stechiometrických rovníc je vyvažovacie rovnice, ktoré je možné vykonať redoxnou metódou alebo metódou pokusov a omylov, pretože v obidvoch prípadoch Účelom je skontrolovať, či je v reaktantoch a v zlúčeninách rovnaký počet atómov každého prvku Produkty.

V nasledujúcom príklade máme chlorid železitý:

Fe + Cl2 = FeCl3

Fe + Cl2	-->	FeCl3
Železo = 1 Chlór = 2	= ~	Železo = 1 Chlór = 3

V tomto prípade poznáme vzorce reaktívnych molekúl: železo (Fe) a chlór (Cl₂) a jeho produkt: chlorid železitý (FeCl3₃) a ako vidíme, počet atómov chlóru nie je v oboch rovniciach rovnaký.

Aby sme splnili stechiometrický princíp, musíme nájsť celkový počet atómov zapojených do reakcie a produkt, aby boli rovnaké.

K tomu použijeme jednu z metód vyrovnávania rovníc (Redox, pokus a omyl). V tomto príklade použijeme metódu pokusu a omylu.

Najmenší spoločný násobok 2 a 3 je 6. Ak sa množíme tak, že na každej strane rovnice je 6 atómov chlóru, budeme mať toto:

Fe + 3CI2	-->	2FeCl3
Železo = 1 Chlór = 6	~ =	Železo = 2 Chlór = 6

Atómy chlóru sme už vyvážili, ale teraz nám chýba atóm železa. Ako môžeme zistiť, chýbajúci atóm je na strane reaktantov. Potom budeme mať:

2Fe + 3CI2	-->	2FeCl3
Železo = 2 Chlór = 6	= =	Železo = 2 Chlór = 6

Ako vidíme, v reaktantoch už máme 6 atómov chlóru umiestnených v 3 molekulách a 6 atómov distribuovaných v skupinách po troch atómoch v každej molekule produktu. Teraz vidíme, že na získanie rovnakého počtu atómov železa v produkte potrebujeme dve molekuly železa v reaktantoch. Rovnicu sme vyvážili.

Ďalším použitím stechiometrických rovníc je výpočet reaktantov, ktorým sa treba vyhnúť odpad z ktorejkoľvek z látok, napríklad výpočet množstva látok na neutralizáciu kyseliny alebo a základňa.

To sa dosiahne pomocou molárneho výpočtu: Výsledkom súčtu atómových hmotností každého z atómov, ktoré tvoria molekulu, je jeho molárna hmotnosť. Napríklad:

Ak hľadáme molárnu hmotnosť kyseliny boritej (kyseliny trioxoboritej), ktorej vzorec je: H₃BO₃, najskôr vypočítame molekulové hmotnosti každej z jej zložiek pomocou periodickej tabuľky:

H₃ = (3)(1.00) = 3.00

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

ALEBO₃ = (3)(15.99) = 47.94

Molárna hmotnosť = 61,78

Čo znamená, že 1 mol kyseliny boritej sa rovná 61,78 gramu.

Výpočet mólov každej zlúčeniny nám potom poslúži na výpočet presného množstva reaktívnych látok aby to nebolo nad alebo potrebné počas reakcie, ako aj na výpočet toho, koľko je potrebné na získanie určitého množstva produktu.

Príklad:

Ak použijeme náš predchádzajúci príklad chloridu železa a chceme vedieť, koľko chlóru je kombinovať so 100 gramami železa a vedieť, aké množstvo je chlorid železitý bude vyrábať.

Reakcia je nasledovná:

2Fe + 3CI₂ -> 2FeCl₃

Teraz urobíme molárny výpočet zaokrúhlením atómových hmotností:

Fe = 56

Cl₂ = 70

FeCl₃ = 161

Zatiaľ máme hodnotu 1 molu každej látky. Teraz vidíme, že sa nazýva aj číslo, ktoré označuje počet reaktívnych a produktových molekúl stechiometrický koeficienta hovorí nám, koľko mólov tejto látky interaguje. V prípade, že je koeficient 1, nepíše sa to.

Nahradíme teda hodnoty, ktoré budeme mať:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

Na výpočet hmotnosti chlóru použijeme pravidlo troch:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

Na úplnú reakciu so železom teda bude potrebných 187,5 gramu chlóru.

Teraz použijeme pravidlo 3 na výpočet výsledného produktu:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

Vyrobí sa teda 287,5 gramu chloridu železitého.

Ak pripočítame gramy získané so vzťahom, máme ako výsledok:

100 + 187.5 = 287.5

Pomocou ktorých skontrolujeme, či sú sumy správne.

Stechiometrická notácia

Aby sa predišlo nejasnostiam a nejasnostiam pri vyjadrovaní názvu a zloženia zlúčenín, pri rôznych druhoch chemickej notácie anorganických zlúčenín sa IUPAC (Medzinárodná únia čistej a aplikovanej chémie) podporuje používanie stechiometrickej notácie používanej hlavne v akademických a výskumných oblastiach, s ktorými sa mení použitie prípon alebo rímskych číslic pomocou gréckych číselných predpon, ktoré označujú počet atómov každého prvku, ktorý tvorí molekuly. V prípade jednotkových atómov je predpona vynechaná.

V stechiometrickej notácii sa najskôr spomína elektropozitívny prvok alebo ión, potom nasleduje elektronegatívny.

Formula Old Notation Stechiometrická notácia

FeO Oxid železnatý, oxid železitý Oxid železitý

Viera₂ALEBO₃: Oxid železitý, oxid železitý III Oxid železitý

Viera₃ALEBO₄: Oxid železitý IV Trioxid železitý

Príklady aplikácií stechiometrického princípu

Príklad 1: Vyvážte nasledujúcu rovnicu:

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 H₂O + Cl₂

Uplatnenie metódy redukcie oxidu (REDOX):

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 H₂O + Cl₂

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

Ako vidíme, mangán sa znížil z +4 na +2.

Ak skontrolujeme hodnoty pre každý prvok okrem mangánu, ktorý bol znížený, uvidíme nasledujúce hodnoty

Prvky reaktívne produkty

Vodík +1 +4

Chlór -1 -4

Kyslík -4-4

Takže teraz musíme vyvážiť čísla, aby mali rovnaké hodnoty na oboch stranách rovnice. Pretože chlór a vodík sú v rovnakej molekule, znamená to, že na vyváženie hodnôt sú potrebné 4 molekuly kyseliny chlorovodíkovej:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 H₂O + Cl₂

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

Príklad 2: Vo vyššie uvedenej rovnici:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 H₂O + Cl₂

Vypočítajte, koľko gramov oxidu manganičitého je potrebné na výrobu 80 gramov chloridu manganičitého.

Najprv vypočítame molárnu hmotnosť každej molekuly (zaokrúhlime na celé čísla):

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

Aplikujeme pravidlo troch:

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

Budete teda potrebovať 55,58 gramu oxidu horečnatého.

Príklad 3: Vo vyššie uvedenej rovnici:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 H₂O + Cl₂

Vypočítajte, koľko gramov kyseliny chlorovodíkovej je potrebné na výrobu 80 gramov chloridu manganatého.

Pretože hodnoty už poznáme, použijeme pravidlo troch:

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

Bude potrebných 92,16 gramov kyseliny chlorovodíkovej.

Príklad 4: V rovnakej rovnici:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2 H₂O + Cl₂

Vypočítajte, koľko gramov vody sa vyrobí tak, že sa vyrobí 125 gramov chloridu mangánatého.

Nahradíme hodnoty a použijeme pravidlo troch:

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

Vyrobí sa 36 gramov vody.