Приклад принципу стехіометрії

принцип стехіометрії є хімічним принципом, який встановлює, що в кожній хімічній реакції існує рівновага між кількість атомів у реакційних молекулах і кількість атомів у реакційних молекулах виробляти.

Цей принцип заснований на законі збереження речовини, який стверджує, що однакова кількість атомів у кожному Елемент у реакційноздатних речовинах буде зберігатися в продуктах реакції, хоча поєднується по-різному.

Коли відбувається хімічна реакція, зв'язки, що утворюють молекули реагуючих сполук (реагентів), розриваються і модифікуються, утворюючи одну або кілька речовин. Хоча молекули модифіковані і вже не однакові, атоми, що їх утворюють, поєднуються в різні, але загальна кількість атомів зберігається, тому вона повинна бути однаковою до і після реакція.

Наприклад, у такій хімічній реакції:

HCl + NaOH -> NaCl + H₂АБО

Відповідно до стехіометричного принципу, на кожній стороні рівняння має бути однакова кількість атомів. Давайте подивимося на рівняння, яке ми бачили:

HCl + NaOH	-->	NaCl + H2АБО
Водень = 2 Натрій = 1 Хлор = 1 Кисень = 1	= = = =	Водень = 2 Натрій = 1 Хлор = 1 Кисень = 1

Стехіометричні розрахунки

Стехіометричні обчислення - це операції, за допомогою яких ми перевіряємо, чи виконується стехіометричний принцип у рівняннях, а також його практичне застосування.

У попередньому прикладі поєднання соляної кислоти та гідроксиду натрію для отримання хлориду натрію та води ми зробили стехіометричний розрахунок за кількістю атомів.

Інший метод перевірки - стехіометричний розрахунок за атомними одиницями маси, В якому розрахунок проводиться на основі суми атомних мас елементів, що поєднуються.

Цей розрахунок можна здійснити за абсолютними масами або шляхом округлення. У наведеному вище прикладі:

Розрахунок за абсолютною масою до двох знаків після коми:

HCl + Na O H -> Na Cl + H₂ АБО

(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

Розрахунок округлення атомної маси:

HCl + Na O H -> Na Cl + H₂ АБО

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

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

76 --> 76

Застосування стехіометричних рівнянь

Одним із застосувань стехіометричних рівнянь є балансуючі рівняння, що можна зробити як за допомогою Redox, так і методами спроб і помилок, оскільки в обох випадках Мета полягає в тому, щоб перевірити, чи є однакова кількість атомів кожного елемента в реагентах і в продуктів.

У наступному прикладі ми маємо трихлорид заліза:

Fe + Cl2 = FeCl3

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

У цьому випадку ми знаємо формули реакційноздатних молекул: заліза (Fe) та хлору (Cl₂), і його продукт: трихлорид заліза (FeCl3₃) і, як ми бачимо, кількість атомів хлору неоднакова в обох рівняннях.

Щоб виконати стехіометричний принцип, ми повинні знайти загальну кількість атомів, що беруть участь у реакції, і продукту, щоб вони були однаковими.

Для цього ми використовуємо один із методів балансування рівнянь (відновлення, спроби та помилки). У цьому прикладі ми будемо використовувати метод спроб і помилок.

Найменше спільне кратне 2 і 3 - 6. Якщо помножити так, щоб на кожній стороні рівняння було 6 атомів хлору, ми отримаємо наступне:

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

Ми вже збалансували атоми хлору, але зараз нам бракує атома заліза. Як ми можемо зрозуміти, відсутній атом знаходиться на стороні реагенту. Тоді ми матимемо:

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

Як бачимо, у нас вже є 6 атомів хлору, розташованих у 3 молекулах у реагентах, і 6 атомів, розподілених групами по три атоми в кожній молекулі продукту. Тепер ми бачимо, що для отримання однакової кількості атомів заліза в продукті нам потрібні дві молекули заліза в реагентах. Ми збалансували рівняння.

Іншим використанням стехіометричних рівнянь є розрахунок реагентів, яких слід уникати відходи будь-якої з речовин, наприклад, підрахунок кількості речовин для нейтралізації кислоти або а база.

Це досягається за допомогою молярного розрахунку: сума атомних мас кожного з атомів, що складають молекулу, дає в результаті його молярну масу. Наприклад:

Якщо шукати молярну масу борної кислоти (триоксонової кислоти), формула якої: H₃BO₃, спочатку обчислюємо молекулярні маси кожного з його компонентів, використовуючи періодичну таблицю:

H₃ = (3)(1.00) = 3.00

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

АБО₃ = (3)(15.99) = 47.94

Молярна маса = 61,78

Що означає, що 1 моль борної кислоти дорівнює 61,78 грама.

Тоді розрахунок молей кожної сполуки послужить нам для обчислення точної кількості реагуючих речовин обох щоб він не закінчився або не потрібен під час реакції, а також для підрахунку кількості отримання певної кількості продукту.

Приклад:

Якщо ми використовуємо наш попередній приклад хлориду заліза, і ми хочемо знати, скільки там хлору поєднувати зі 100 грамами заліза і знати, яка кількість трихлориду заліза буде виробляти.

Рівняння, яке виражає реакцію, є наступним:

2Fe + 3Cl₂ -> 2FeCl₃

Тепер робимо молярне обчислення, округлюючи атомні маси:

Fe = 56

Кл₂ = 70

FeCl₃ = 161

Поки що маємо значення 1 моль кожної речовини. Тепер ми бачимо, що називається також число, яке вказує на кількість реакційноздатних і молекул продукту стехіометричний коефіцієнт, і це говорить нам, скільки родимок цієї речовини взаємодіє. У тому випадку, коли коефіцієнт дорівнює 1, він не пишеться.

Отже, підставляючи значення, ми матимемо:

2Fe = 2 (56) = 112

3Cl₂ = 3(70) = 210

2FeCl₃ = 2(161) = 322

Для розрахунку маси хлору застосовуємо правило трьох:

100/112 = x / 210

21000/112=187.5

Тож для повноцінної реакції із залізом знадобиться 187,5 грам хлору.

Тепер ми застосовуємо правило 3 для обчислення отриманого добутку:

100/112 = x / 322

32200/112=287.5

Тож буде вироблено 287,5 грам трихлориду заліза.

Якщо ми додамо грами, отримані з відношенням, у результаті отримаємо:

100 + 187.5 = 287.5

За допомогою чого ми перевіряємо правильність сум.

Стехіометричні позначення

Щоб уникнути двозначності та плутанини при вираженні назви та складу сполук, у різних типах хімічного позначення неорганічних сполук, IUPAC (Міжнародний союз чистої та прикладної хімії) сприяв використанню стехіометричних позначень, що використовуються переважно в наукових та дослідницьких галузях, з якими змінюється використання суфіксів або римських цифр, використанням грецьких числових префіксів, що вказують на кількість атомів кожного елемента, що утворює молекули. У випадку одиничних атомів префікс опущений.

У стехіометричних позначеннях спочатку згадується електропозитивний елемент або іон, а потім електронегативний.

Формула Старі позначення Стехіометричні позначення

FeO Оксид заліза, Оксид заліза Оксид заліза

Віра₂АБО₃: Оксид заліза, оксид заліза III Двоокис заліза

Віра₃АБО₄: Оксид заліза IV Тризалізний тетраоксид

Приклади застосування стехіометричного принципу

Приклад 1: Збалансуйте наступне рівняння:

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2Н₂O + Cl₂

Застосування методу відновлення оксиду (REDOX):

HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2Н₂O + Cl₂

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

Як бачимо, марганець зменшено з +4 до +2.

Якщо ми розглянемо значення для кожного елемента, за винятком марганцю, який був зменшений, ми побачимо наступні значення

Елемент реакційноздатних продуктів

Водень +1 +4

Хлор -1 -4

Кисень -4 -4

Отже, тепер ми повинні збалансувати числа, щоб вони мали однакові значення з обох сторін рівняння. Оскільки хлор і водень знаходяться в одній молекулі, це означає, що для збалансування значень потрібно 4 молекули соляної кислоти:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2Н₂O + Cl₂

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

Приклад 2: У наведеному вище рівнянні:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2Н₂O + Cl₂

Обчисліть, скільки грамів діоксиду марганцю потрібно для отримання 80 грамів дихлориду марганцю.

Спочатку обчислюємо молярну масу кожної молекули (будемо округляти цілими числами):

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

Кл₂ = 35 + 35 = 70

Ми застосовуємо правило трьох:

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

Тож вам знадобиться 55,58 грамів діоксиду магнію.

Приклад 3: У наведеному вище рівнянні:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2Н₂O + Cl₂

Обчисліть, скільки грамів соляної кислоти потрібно для отримання 80 грамів дихлориду марганцю.

Оскільки ми вже знаємо значення, ми застосовуємо правило трьох:

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

Для цього знадобиться 92,16 грама соляної кислоти.

Приклад 4: У тому ж рівнянні:

4HCl + MnO₂ -> MnCl₂ + 2Н₂O + Cl₂

Обчисліть, скільки грамів води утворюється, отримуючи 125 грамів дихлориду марганцю.

Ми підставляємо значення і застосовуємо правило трьох:

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

Буде вироблено 36 грам води.