Główna zawartość
Chemia - program rozszerzony
Stechiometria
Wprowadzenie
Zbilansowane równanie chemiczne można porównać do przepisu na ciasteczka czekoladowe. Pokazuje ono jakie substraty (składniki) łączą się, aby utworzyć konkretne produkty (ciasteczka). Prezentuje również liczbowe powiązania między substratami a produktami (ile kubków mąki jest potrzebnych do wytworzenia jednej partii ciasteczek).
Te powiązania liczbowe nazywane są stechiometrią reakcji, terminem wywodzącym się ze starożytnych greckich słów stoicheion („element”) i metron („miara”). W tym artykule przyjrzymy się, jak możemy wykorzystać związki stechiometryczne zawarte w zbilansowanych równaniach chemicznych do określenia ilości substancji zużywanych i wytwarzanych w reakcjach chemicznych.
Zbilansowane równania i współczynniki molowe
Powszechnym rodzajem związku stechiometrycznego jest stosunek molowy, który odnosi się do ilości dowolnych dwóch substancji w reakcji chemicznej w molach. Możemy zapisać stosunek molowy dla pary substancji, patrząc na współczynniki dla każdego z nich w zbilansowanym równaniu chemicznym. Na przykład rozważmy równanie reakcji pomiędzy tlenkiem żelaza(III) a glinem:
Współczynniki w tym równaniu mówią, że mol reaguje z molami , tworząc mole i mol . Możemy zapisać zależność pomiędzy i w następujący sposób:
Wykorzystując ten stosunek, moglibyśmy obliczyć, ile moli jest potrzebnych, aby w pełni przereagować z pewną ilością , lub odwrotnie. Zasadniczo, stosunek molowy można wykorzystać do konwersji ilości dowolnych substancji uczestniczących w reakcji chemicznej. Aby to zilustrować, przejdźmy przez przykład, w którym używamy stosunku molowego do konwersji pomiędzy ilością substratów.
Przykład: Wykorzystanie stosunków molowych do obliczania masy reagenta
Rozważ następujące równanie niezbilansowane:
Ile gramów jest potrzebnych, aby w pełni zużyć g ?
Po pierwsze, musimy zbilansować to równanie! W tym przypadku mamy atom i atomy po stronie substratów oraz atomy i atomy po stronie produktów. Możemy zbilansować to równanie poprzez umieszczenie przed (co oznacza, że po każdej stronie są atomy ) i kolejnych przed (co oznacza, że po obu stronach mamy atomów i atomy ). W ten sposób otrzymujemy następujące równanie zbilansowane:
Teraz, gdy mamy zbilansowane równanie, możemy zacząć szukać odpowiedzi. Dla przypomnienia, chcemy obliczyć masę , która jest potrzebna, aby całkowicie zareagować z g . Możemy rozwiązać ten problem stechiometryczny, podejmując następujące kroki:
Krok 1: Zamiana znanych ilości reagentów na mole
Aby połączyć ilości i wykorzystując stosunek molowy, najpierw musimy znać ilość w molach. Możemy zamienić g na mole używając masy molowej ( ):
Krok 2: Wykorzystanie stosunków molowych do obliczania liczby moli innych reagentów
Teraz, kiedy ilość w molach jest znana, na podstawie liczby moli otrzymajmy liczbę moli , stosując odpowiedni stosunek molowy. Zgodnie ze współczynnikami w zbilansowanym równaniu chemicznym, mole są potrzebne na każdy mol , więc stosunek molowy wynosi
Mnożenie liczby moli przez ten czynnik daje nam liczbę potrzebnych moli równą:
Zauważ, że zapisaliśmy stosunek molowy w taki sposób, że liczba moli się skraca, w wyniku czego liczba moli jest ostateczną jednostką. Aby dowiedzieć się jak jednostki można traktować jako liczby, aby łatwiej dokonywać obliczeń w takich sytuacjach, sprawdź film na temat analizy wymiarowej.
Krok 3: Przekształcanie moli innego substratu na masę
Zostaliśmy poproszeni o wyrażenie masy w gramach, więc naszym ostatnim krokiem jest zamiana moli na gramy. Możemy to zrobić, używając masy molowej ( ):
A zatem jest potrzebne do całkowitego zużycia gramów w tej reakcji.
Skrót: Mogliśmy połączyć wszystkie trzy kroki w jedno obliczenie, jak pokazano w poniższym wyrażeniu:
Pamiętaj, aby zwrócić szczególną uwagę na jednostki, jeśli wybierzesz to podejście!
Podsumowanie
Zbilansowane równanie chemiczne ukazuje nam zależności liczbowe między wszystkimi substancjami biorącymi udział w przemianie chemicznej. Wykorzystujemy te zależności liczbowe, aby znaleźć stosunek molowy, który pozwala na przeliczenie ilości substratów i produktów dla danej reakcji chemicznej (i rozwiązanie stechiometrycznych problemów!).
Aby dowiedzieć się o innych popularnych obliczeniach stechiometrycznych, sprawdź tę ekscytującą drugą część dotyczącą substratów ograniczających i wydajności procentowej!
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji