Ako postupovať pri stechiometrii (s obrázkami)

Pri chemickej reakcii nemôže hmota podľa zákona zachovania hmotnosti ani vzniknúť, ani zaniknúť, takže produkty, ktoré z reakcie vznikajú, sa musia rovnať reaktantom, ktoré do reakcie vstupujú. To znamená, že rovnaké množstvo každého atómu, ktoré ste vložili, musí vyjsť späť. Stechiometria je miera prvkov v rámci reakcie.[1]
Zahŕňa výpočty, ktoré zohľadňujú hmotnosti reaktantov a produktov v danej chemickej reakcii. Stechiometria je z polovice matematika, z polovice chémia a točí sa okolo jedného jednoduchého princípu uvedeného vyššie – princípu, že hmota sa počas reakcie nikdy nestráca ani nezískava. Prvým krokom pri riešení akéhokoľvek chemického problému je vyváženie rovnice.

Časť 1 zo 4:Vyváženie chemickej rovnice


Zapíšte počet atómov, ktoré tvoria každú zlúčeninu na oboch stranách rovnice. Pomocou chemickej rovnice môžete určiť atómy každého prvku v reakcii. Keďže chemická reakcia nikdy nemôže vytvoriť alebo zničiť novú látku, daná rovnica nie je vyvážená, ak sa počet (a typy) atómov na každej strane rovnice dokonale nezhodujú.

  • Nezabudnite vynásobiť koeficientom alebo indexom, ak je prítomný.
  • Napríklad H2SO4 + Fe —> Fe2(SO4)3 + H2
  • Na reaktantovej (ľavej) strane rovnice sú 2 atómy H (H2), 1 atóm S, 4 atómy O (O4) a 1 atóm Fe.
  • Na produktovej (pravej) strane rovnice sú 2 atómy H (H2), 3 atómy S (S3), 12 atómov O (O 12) a 2 atómy Fe (Fe2).


Pridajte koeficient pred prvky, ktoré nie sú kyslík a vodík, aby ste vyvážili každú stranu. Určite najnižší spoločný činiteľ všetkých prvkov, ktoré nie sú kyslík a vodík (tie budete vyvažovať ďalej), aby ste získali rovnaký počet atómov na oboch stranách.

  • Napríklad najnižší spoločný koeficient medzi 2 a 1 je 2 pre Fe. Pred Fe na ľavej strane pridajte 2, aby ste ho vyvážili.
  • Najnižší spoločný deliteľ medzi 3 a 1 je 3 pre S. Pridajte 3 pred H2SO4 na vyváženie ľavej a pravej strany.
  • V tejto fáze vyzerá naša rovnica takto: 3 H2SO4 + 2 Fe —> Fe2(SO4)3 + H2


Vyvážte atómy vodíka a kyslíka. Atómy vodíka a kyslíka sú vyvážené ako posledné, pretože sa bežne vyskytujú vo viacerých molekulách na každej strane rovnice. V tejto fáze bilancovania rovnice nezabudnite prepočítať atómy, ak ste pridali koeficienty k molekulám.

  • V našom príklade sme pred H pridali 32SO4 a teraz máme 6 vodíkov na ľavej strane a len 2 na pravej strane rovnice. Máme tiež 12 kyslíka na ľavej strane a 12 kyslíka na pravej strane, takže je to vyvážené.
  • Vodíky môžeme vyvážiť pridaním 3 pred H2.
  • Naša konečná vyvážená rovnica je 3 H2SO4 + 2 Fe —> Fe2(SO4)3 + 3 H2.


Opätovne spočítajte počet atómov na každej strane rovnice, aby ste sa uistili, že sa rovnajú. Po dokončení je vhodné vrátiť sa späť a skontrolovať vyváženosť rovnice. To možno urobiť tak, že opäť spočítame všetky atómy na oboch stranách rovnice, aby sme sa uistili, že sú na oboch stranách rovnaké.

  • Skontrolujte našu rovnicu, 3 H2SO4 + 2 Fe —> Fe2(SO4)3 + 3 H2, pre rovnováhu.
  • Na ľavej strane šípky je 6 H, 3 S, 12 O a 2 Fe.
  • Na pravej strane šípky sú 2 Fe, 3 S, 12 O a 6 H.
  • Ľavá a pravá strana rovnice sa zhodujú, preto je teraz rovnica vyvážená.

Časť 2 zo 4:Prevody medzi gramami a molami


Vypočítajte molárna hmotnosť ) zlúčeniny uvedenej v gramoch. Molárna hmotnosť je množstvo jedného mólu zlúčeniny v gramoch (g).[2]
Umožňuje vám ľahko prevádzať medzi gramami a molami látky.[3]
Na výpočet molárnej hmotnosti je potrebné určiť, koľko molekúl prvku je v zlúčenine, a atómovú hmotnosť každého prvku v zlúčenine.

  • Definujte počet atómov jednotlivých prvkov v zlúčenine. Napríklad glukóza je C6H12O6, je 6 atómov uhlíka, 12 atómov vodíka a 6 atómov kyslíka.
  • Určite atómovú hmotnosť každého atómu v gramoch na mol (g/mol). Atómové hmotnosti jednotlivých prvkov sa zvyčajne nachádzajú pod symbolom prvku v periodickej tabuľke, zvyčajne ako desatinné číslo. Atómové hmotnosti prvkov v glukóze sú: uhlík, 12.0107 g/mol; vodík 1.007 g/mol; a kyslík 15.9994 g/mol.
  • Vynásobte atómovú hmotnosť každého prvku počtom atómov prítomných v zlúčenine. Uhlík: 12.0107 x 6 = 72.0642 g/mol; vodík: 1.007 x 12 = 12.084 g/mol; kyslík: 15.9994 x 6 = 95.9964 g/mol.
  • Sčítaním týchto produktov získame molárnu hmotnosť zlúčeniny. 72.0642 + 12.084 + 95.9964 = 180.1446 g/mol. 180.14 gramov je hmotnosť jedného mólu glukózy.


Prepočítajte gramy látky na móly pomocou molárnej hmotnosti. Pomocou molárnej hmotnosti ako konverzného faktora môžete vypočítať počet molov prítomných v uvedenom počte gramov druhu. Známe množstvo gramov (g) vydeľte molárnou hmotnosťou (g/mol).[4]
[5]
Jednoduchý spôsob, ako skontrolovať, či ste postupovali správne, je uistiť sa, že jednotky sa anulujú a zostanú len móly.

  • Napríklad: Koľko molov je v 8.2 gramy chlorovodíka (HCl)?
  • Atómová hmotnosť H je 1.007 a Cl je 35.453, čím je molárna hmotnosť zlúčeniny 1.007 + 35.453 = 36.46 g/mol.
  • Vydelením počtu gramov látky molárnou hmotnosťou získate: 8.2 g / (36.46 g/mol) = 0.225 molov HCl.


Určte molárny pomer medzi reaktantmi. Na určenie výťažku produktu v danej reakcii musíte určiť molárny pomer. Molárny pomer hovorí o pomere, v akom látky navzájom reagujú, a je daný koeficientom druhu vo vyváženej reakcii.[6]

  • Napríklad, aký je molárny pomer KClO3 na O2 v reakcii 2 KClO3 —> 2 KCl + 3 O2.
  • Najprv skontrolujte, či je rovnica vyvážená. Nikdy nezabudnite na tento krok, inak budú vaše pomery nesprávne. V tomto prípade je na oboch stranách reakcie rovnaké množstvo každého prvku, takže je vyvážená.
  • Pomer KClO3 na O2 je 2/3. Nezáleží na tom, ktoré číslo je hore alebo dole, pokiaľ v celom zvyšku problému zachováte rovnaké zlúčeniny na vrchu a dole.[7]


Krížom-krážom vynásobte podľa molárneho pomeru nájdite móly ostatných reaktantov. Ak chcete vypočítať počet molov druhu, ktorý vznikol alebo je potrebný na reakciu, použijete molárny pomer.[8]
V úlohách sa zvyčajne požaduje, aby ste určili počet potrebných molov alebo počet molov vzniknutých pri reakcii pri určitom počte gramov reaktantu.

  • Napríklad, ak je daná reakcia N2 + 3 H2 —> 2 NH3 koľko molov NH3 vznikne pri 3.00 gramov N2 reaguje s dostatočným množstvom H2?
  • V tomto príklade je dostatočné množstvo H2 znamená, že je ich k dispozícii dostatok a nemusíte ich brať do úvahy pri riešení problému.
  • Najprv prepočítajte gramy N2 na moly. Atómová hmotnosť dusíka je 14.0067 g/mol, takže molárna hmotnosť N2 je 28.0134 g/mol. Delením hmotnosti molárnou hmotnosťou dostaneme 3.00 g/28.0134 g/mol = 0.107 mol.
  • Stanovte pomery uvedené v otázke: NH3: N2 = x/0.107 mol.
  • Tento pomer vynásobte krížom molárnym pomerom NH3 na N2: 2:1. x/0.107 mol = 2/1 = (2 x 0.107) = 1x = 0.214 mol.


Preveďte móly späť na hmotnosť pomocou molárnej hmotnosti druhu. Opäť použijete molárnu hmotnosť, ale tentoraz budete násobiť, aby ste prepočítali móly späť na gramy. Uistite sa, že ste použili molárnu hmotnosť správneho druhu.

  • Molárna hmotnosť NH3 je 17.028 g/mol. Preto 0.214 mol x (17.028 gramov/mol) = 3.647 gramov NH3.

Časť 3 zo 4:Prevody medzi litrami plynu a molami


Určite, či reakcia prebieha pri štandardnej teplote a tlaku (STP). STP je súbor daných podmienok, pri ktorých 1 mol ideálneho plynu obsadí 22.414 litrov (L) objemu. Štandardná teplota je 273.15 kelvinov (K) a štandardný tlak je 1 atmosféra (atm).[9]

  • Vo všeobecnosti sa pri reakcii uvádza, že je daná pri 1 atm a 273 K, alebo sa jednoducho uvedie STP.


Použite konverzný faktor 22.414 L/mol na prevod litrov plynu na móly. Ak vaša reakcia prebieha pri STP, môžete použiť 22.414 L/mol na výpočet počtu mólov v danom objeme plynu.[10]
Objem plynu (L) vydeľte konverzným faktorom, aby ste určili móly.

  • Preveďte napríklad 3.2 litre N2 plynu na móly: 3.2 L/22.414 l/mol = 0.143 mol.


Použite zákon ideálneho plynu na premenu litrov plynu, ktorý nie je pri STP. Ak máte danú reakciu, ktorá neprebieha pri STP, budete musieť použiť zákon ideálneho plynu PV = nRT, aby ste určili počet molov v reakcii. P je tlak v atmosférach, V je objem v litroch, n je počet molekúl, R je konštanta plynového zákona 0.0821 L-atm/mol-stupeň a T je teplota v kelvinoch.[11]

  • Rovnicu možno usporiadať tak, aby sa vyriešili moly: n = RT/PV.
  • Jednotky plynovej konštanty sú navrhnuté tak, aby anulovali jednotky ostatných veličín.
  • Určte napríklad počet molov v 2.4 litre O2 pri 300 K a 1.5 atm. Zapojením premenných dostaneme: n = (0.0821 x 300)/(1.5 x 2) = 24.63/3.6 = 6.842 molov O2

Časť 4 zo 4:Prevody medzi litrami kvapaliny a mólami


Vypočítajte hustota kvapaliny. Niekedy sa v chemických rovniciach uvádza objem kvapalného reaktantu a vyžaduje sa množstvo gramov alebo molov potrebných na reakciu. Na prevod na gramy použijete hustotu tejto kvapaliny. Hustota je daná pomerom hmotnosť/objem.

  • Ak nie je v úlohe uvedená hustota, možno ju budete musieť vyhľadať v referenčnom texte alebo na internete.


Previesť objem na mililitre (ml). Na prepočet objemu kvapaliny na hmotnosť (g) budete musieť použiť hustotu tejto kvapaliny. Hustota sa udáva v gramoch na mililiter (g/ml), preto je potrebné prepočítať objem kvapaliny v mililitroch.

  • Určte daný objem. Povedzme napríklad, že v úlohe je uvedené, že máte 1 liter H2O. Na prevod na ml jednoducho vynásobte 1000. V litri vody je 1000 mililitrov.


Vynásobte objem hustotou. Keď vynásobíte objem (ml) hustotou tejto kvapaliny (g/ml), mililitre sa zrušia a zostanú vám gramy látky.[12]

  • Hustota H2O je napríklad približne 1.0 g/ml.[13]


Vypočítajte molárna hmotnosť reaktantu. Molárna hmotnosť je množstvo jedného mólu zlúčeniny v gramoch (g). Umožňuje jednoduchý prevod medzi gramami a molami látky. Na výpočet molárnej hmotnosti musíte určiť, koľko molekúl prvku je v zlúčenine, a atómovú hmotnosť každého prvku v zlúčenine.

  • Definujte počet atómov každého prvku v zlúčenine. Napríklad glukóza je C6H12O6, 6 atómov uhlíka, 12 atómov vodíka a 6 atómov kyslíka.
  • Určiť atómovú hmotnosť každého atómu v gramoch na mol (g/mol). Atómové hmotnosti prvkov v glukóze sú: uhlík, 12.0107 g/mol; vodík, 1.007 g/mol; a kyslík 15.9994 g/mol.
  • Vynásobte atómovú hmotnosť každého prvku počtom atómov prítomných v zlúčenine. Uhlík: 12.0107 x 6 = 72.0642 g/mol; vodík: 1.007 x 12 = 12.084 g/mol; kyslík: 15.9994 x 6 = 95.9964 g/mol.
  • Sčítaním týchto súčinov získame molárnu hmotnosť zlúčeniny. 72.0642 + 12.084 + 95.9964 = 180.1446 g/mol. 180.14 gramov je hmotnosť jedného mólu glukózy.

  • Previesť gramy látky na móly pomocou molárnej hmotnosti. Pomocou molárnej hmotnosti ako konverzného faktora môžete vypočítať počet molov prítomných v uvedenom počte gramov daného druhu. Známe množstvo gramov (g) vydeľte molárnou hmotnosťou (g/mol).[14]
    [15]
    Jednoduchý spôsob, ako skontrolovať, či ste postupovali správne, je uistiť sa, že sa jednotky vyrušia a zostanú len móly.

    • Napríklad: Koľko molov je v 8.2 gramy chlorovodíka (HCl)?
    • Atómová hmotnosť H je 1.007 a Cl je 35.453, čím je molárna hmotnosť zlúčeniny 1.007 + 35.453 = 36.46 g/mol.
    • Vydelením počtu gramov látky molárnou hmotnosťou získate: 8.2 g / (36.46 g/mol) = 0.225 molov HCl.
  • Odkazy