СТЕХІОМЕТРИЧНІ ОБЧИСЛЕННЯ: РОЗВ’ЯЗАНІ ЕТАПИ ТА ВПРАВИ - ХІМІЯ - 2025

У стехиометрические розрахунки є ті , які зроблені на основі масових співвідношень елементів або сполук , що беруть участь в хімічній реакції.

Перший крок для їх виконання - збалансувати хімічну реакцію, що цікавить. Так само повинні бути відомі правильні формули сполук, які беруть участь у хімічному процесі.

Джерело: Піксабай

Стехіометричні розрахунки базуються на застосуванні сукупності законів, серед яких такі: Закон збереження маси; закон певних пропорцій або постійного складу; і, нарешті, закон множинних пропорцій.

Закон збереження мас говорить, що в хімічній реакції сума мас реагентів дорівнює сумі мас продуктів. У хімічній реакції загальна маса залишається постійною.

Закон певних пропорцій або постійного складу говорить, що різні зразки будь-якої чистої сполуки мають однакові елементи в однакових масових пропорціях. Наприклад, чиста вода - це те саме, незалежно від того, яке її джерело, або з якого континенту (або планети) він походить.

І третій закон, що має численні пропорції, вказує на те, що коли два елементи A і B утворюють більше однієї сполуки, частка маси елемента B, що поєднується з заданою масою елемента A, у кожному з сполук , можна виразити невеликими цілими числами. Тобто для A _n B _m n і m - цілі числа.

Що таке стехіометричні обчислення та їх етапи?

Вони є розрахунками, призначеними для вирішення різних питань, які можуть виникнути під час вивчення хімічної реакції. Для цього ви повинні мати знання про хімічні процеси та закони, які ними керують.

За допомогою стехіометричного розрахунку можна отримати, наприклад, з маси одного реагенту, невідомої маси іншого реагенту. Можна також знати відсотковий склад хімічних елементів, присутніх у сполуці, і з неї отримати емпіричну формулу сполуки.

Отже, знання емпіричної чи мінімальної формули сполуки дозволяє встановити її молекулярну формулу.

Крім того, стехіометричний розрахунок дозволяє дізнатися в хімічній реакції, що є обмежуючим реагентом, чи є надлишок реагенту, а також його масу.

Етапи

Етапи будуть залежати від типу поставленої проблеми, а також від її складності.

Дві поширені ситуації:

-Дві елементи реагують на створення сполуки, і відома лише маса одного з реагуючих елементів.

-Ми хочемо дізнатися невідому масу другого елемента, а також масу сполуки, що виникає в результаті реакції.

Загалом, при вирішенні цих вправ слід дотримуватися наступного порядку етапів:

-Встановіть рівняння хімічної реакції.

-Врівноважте рівняння.

-Третій етап - за допомогою використання атомних ваг елементів та стехіометричних коефіцієнтів - отримати частку мас реагуючих елементів.

- Згодом, використовуючи закон визначених пропорцій, як тільки відома маса реагуючого елемента і пропорція, з якою він реагує, з другим елементом, знаючи масу другого елемента.

-І на п'ятому та останньому етапі, якщо відомі маси елементів реагентів, їх сума дозволяє обчислити масу сполуки, що утворюється в реакції. У цьому випадку ця інформація отримується на основі закону збереження маси.

Розв’язані вправи

-Вправа 1

Що залишається реагентом, коли 15 г Mg вступає в реакцію з 15 г S, утворюючи MgS? А скільки грамів MgS буде вироблено в реакції?

Дані:

- Маса Mg і S = 15 g

-Атомічна маса Mg = 24,3 г / моль.

-Атомічна маса S = 32,06 г / моль.

Крок 1: рівняння реакції

Mg + S => MgS (вже збалансований)

Крок 2: Встановіть співвідношення, в якому Mg і S поєднуються для отримання MgS

Для простоти атомну масу Mg можна округлити до 24 г / моль, а атомну масу S - 32 г / моль. Тож співвідношення, в якому поєднані S і Mg, становитиме 32:24, розділивши 2 доданки на 8, відношення зменшується до 4: 3.

Відносно, відношення, в якому Mg поєднується з S, дорівнює 3: 4 (Mg / S)

Крок 3: обговорення та розрахунок надлишку реагенту та його маси

Маса Mg і S становить 15 г для обох, але співвідношення, в якому Mg і S реагують, становить 3: 4, а не 1: 1. Тоді можна зробити висновок, що надлишок реагенту є Mg, оскільки він виявляється в меншій пропорції відносно S.

Цей висновок можна перевірити, обчисливши масу Mg, що реагує з 15 г S.

г Mg = 15 г S x (3 г Mg) / моль) / (4 г S / моль)

11,25 г Mg

Маса надлишку Mg = 15 г - 11,25 г

3,75 гр.

Етап 4: Маса MgS, що утворюється в реакції, заснована на законі збереження маси

Маса MgS = маса Mg + маса S

11,25 г + 15 гр.

26, 25 гр

Вправа для навчальних цілей може бути виконана наступним чином:

Обчисліть грами S, які реагують з 15 г Mg, використовуючи в цьому випадку співвідношення 4: 3.

г S = 15 г Mg x (4 г S / моль) / (3 г Mg / моль)

20 гр

Якби ситуація була такою, яка була представлена ​​в даному випадку, видно, що 15 г S буде недостатньо для повного реагування з 15 г Mg, не вистачає 5 г. Це підтверджує, що надлишок реагенту є Mg, а S є обмежуючим реагентом при утворенні MgS, коли обидва реагуючих елемента мають однакову масу.

-Вправа 2

Обчисліть масу хлориду натрію (NaCl) та домішок у 52 г NaCl з відсотковою чистотою 97,5%.

Дані:

-Маса проби: 52 г NaCl

-Чистий відсоток = 97,5%.

Крок 1: обчисліть чисту масу NaCl

Маса NaCl = 52 г х 97,5% / 100%

50,7 р

Крок 2: розрахунок маси домішок

% домішок = 100% - 97,5%

2,5%

Маса домішок = 52 г х 2,5% / 100%

1,3 гр

Тому з 52 г солі 50,7 г - чисті кристали NaCl, а 1,3 г домішки (наприклад, інші іони або органічні речовини).

-Вправа 3

Яка маса кисню (O) в 40 г азотної кислоти (HNO ₃ ), знаючи, що її молекулярна маса - 63 г / моль, а атомна маса - 16 г / моль?

Дані:

-Маса HNO ₃ = 40 гр

-Атомічна маса O = 16 г / моль.

-Молекулярна маса HNO ₃

Крок 1: Обчисліть кількість молей HNO

Моль HNO ₃ = 40 г HNO ₃ х 1 моль HNO ₃ /63 г HNO ₃

0,635 родимок

Крок 2: обчисліть кількість молей O присутніх

Формула HNO ₃ вказує на те, що на кожен моль HNO ₃ є 3 молі O.

Молі O = 0,635 молей HNO ₃ X 3 молі O / моль HNO ₃

1.905 родимок O

Крок 3: обчисліть масу присутнього O в 40 г HNO

г O = 1.905 молей O x 16 г O / моль O

30,48 р

Іншими словами, з 40 г HNO ₃ 30,48 г обумовлено виключно вагою молей атомів кисню. Ця велика частка кисню характерна для оксоаніонів або їх третинних солей (наприклад, NaNO ₃ ).

-Вправа 4

Скільки грамів хлориду калію (KCl) утворюється при розкладанні 20 г хлорату калію (KClO ₃ )? Знаючи, що молекулярна маса KCl становить 74,6 г / моль, а молекулярна маса KClO ₃ - 122,6 г / моль

Дані:

-Маса KClO ₃ = 20 гр

-Молекулярна маса KCl = 74,6 г / моль

-Молекулярна маса KClO ₃ = 122,6 г / моль

Крок 1: рівняння реакції

2KClO ₃ => 2KCl + 3O ₂

Крок 2: обчисліть масу KClO

г KClO ₃ = 2 молі х 122,6 г / моль

245,2 р

Крок 3: обчисліть масу KCl

г KCl = 2 молі х 74,6 г / моль

149,2 р

Крок 4: обчисліть масу KCl, отриманого шляхом розкладання

245 г KClO ₃ отримують шляхом розкладання 149,2 г KCl. Тоді це співвідношення (стехіометричний коефіцієнт) можна використовувати для пошуку маси KCl, що утворюється з 20 г KClO ₃ :

г KCl = 20 г KClO ₃ x 149 г KCl / 245,2 г KClO ₃

12,17 р

Зверніть увагу, яким є масове відношення O ₂ в межах KClO ₃ . З 20 г KClO ₃ трохи менше половини припадає на кисень, що входить до складу хлоксату оксоаніону.

-Вправа 5

Знайдіть відсотковий склад таких речовин: а) допа, C ₉ H ₁₁ NO ₄ і b) ванілін, C ₈ H ₈ O ₃ .

а) Допа

Крок 1: знайти молекулярну масу допи С

Для цього атомну масу елементів, присутніх у сполуці, спочатку множать на кількість молей, представлених їх підписниками. Щоб знайти молекулярну масу, додаються грами, внесені різними елементами.

Вуглець (С): 12 г / моль х 9 моль = 108 г

Водень (Н): 1 г / моль х 11 моль = 11 г

Азот (N): 14 г / моль х 1 моль = 14 г

Кисень (О): 16 г / моль х 4 моль = 64 г

Молекулярна маса Допа = (108 г + 11 г + 14 г + 64 г)

197 р

Крок 2: Знайдіть відсотковий склад елементів, присутніх у допі

Для цього його молекулярну масу (197 г) приймають за 100%.

% С = 108 г / 197 г х 100%

54,82%

% Н = 11 г / 197г х 100%

5,6%

% N = 14 г / 197 г х 100%

7,10%

% O = 64 г / 197 р

32,48%

б) Ванілін

Частина 1: обчислення молекулярної маси ваніліну С

Для цього атомну масу кожного елемента множать на кількість присутніх його молей, додаючи масу, внесену різними елементами

C: 12 г / моль х 8 моль = 96 г

Н: 1 г / моль х 8 моль = 8 г

Або: 16 г / моль х 3 моль = 48 г

Молекулярна маса = 96 г + 8 г + 48 г

152 гр

Частина 2: Знайдіть% різних елементів у ваніліні

Його молекулярна маса (152 г / моль), як вважається, становить 100%.

% С = 96 г / 152 г х 100%

63,15%

% Н = 8 г / 152 г х 100%

5,26%

% O = 48 г / 152 г х 100%

31,58%

-Вправа 6

Масовий відсотковий склад спирту такий: вуглець (С) 60%, водень (Н) 13% та кисень (О) 27%. Отримайте мінімальну формулу або емпіричну формулу.

Дані:

Атомні ваги: ​​C 12 г / моль, H 1 г / моль і кисень 16 г / моль.

Крок 1: обчислення кількості молей елементів, присутніх у спирті

Маса алкоголю передбачається 100г. Отже, маса С - 60 г, маса Н - 13 г, а маса кисню - 27 г.

Розрахунок кількості родимок:

Кількість молей = маса елемента / атомна маса елемента

молі С = 60 г / (12 г / моль)

5 родимок

молей H = 13 г / (1 г / моль)

13 родимок

молей О = 27 г / (16 г / моль)

1,69 кротів

Крок 2: Отримайте мінімальну або емпіричну формулу

Для цього знайдіть співвідношення цілих чисел між числами родимок. Це служить для отримання кількості атомів елементів у мінімальній формулі. Для цього родимки різних елементів ділять на меншу кількість молей елемента.

C = 5 молей / 1,69 молей

C = 2,96

Н = 13 молей / 1,69 молей

Н = 7,69

O = 1,69 молей / 1,69 молей

O = 1

Округляючи ці цифри, мінімальна формула дорівнює: C ₃ H ₈ O. Ця формула відповідає формулі пропанолу, CH ₃ CH ₂ CH ₂ OH. Однак ця формула також є формулою сполуки CH ₃ CH ₂ OCH ₃ , етилового метилового ефіру.

Список літератури

1. Домінгуез Аріас MJ (sf). Розрахунки в хімічних реакціях. Відновлено з: uv.es
2. Розрахунки за хімічними формулами та рівняннями. . Взято з: 2.chemistry.msu.edu
3. Спаркноти. (2018). Стехіометричний розрахунок. Відновлено з: sparknotes.com
4. ChemPages Netorials. (sf). Модуль стехіометрії: загальна стехіометрія. Відновлено: chem.wisc.edu
5. Флорес, J. Química (2002) Редакція Santillana.
6. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія. (8-е видання). CENGAGE Навчання.