If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

Stechiometria

Wprowadzenie

Świeżo upieczone ciasteczka czekoladowe pozostawione do ostygnięcia.
Możesz wykorzystać znajomość stechiometrii do podwojenia przepisu na ciasteczka! Źródło: "Chocolate Chip Cookies" autorstwa Kimberley Vardeman w Wikimedia Commons, CC-BY 2.0
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:
start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, start color #11accd, 2, end color #11accd, start text, A, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, right arrow, start color #e84d39, 2, end color #e84d39, start text, F, e, end text, left parenthesis, c, right parenthesis, plus, start text, A, l, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis
Współczynniki w tym równaniu mówią, że 1 mol FeX2OX3\ce{Fe2O3} reaguje z 2 molami A, l, tworząc 2 mole F, e i 1 mol AlX2OX3\ce{Al2O3}. Możemy zapisać zależność pomiędzy FeX2OX3\ce{Fe2O3} i A, l w następujący sposób:
1, start text, m, o, l, space, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, colon, start color #11accd, 2, end color #11accd, start text, m, o, l, e, space, A, l, end text
Wykorzystując ten stosunek, moglibyśmy obliczyć, ile moli start text, A, l, end text jest potrzebnych, aby w pełni przereagować z pewną ilością start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, 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:
NaOH(aq)+HX2SOX4(aq)HX2O(l)+NaX2SOX4(aq)\ce{NaOH}(aq) + \ce{H2SO4}(aq) \rightarrow \ce{H2O}(l) + \ce{Na2SO4}(aq)
Ile gramów N, a, O, H jest potrzebnych, aby w pełni zużyć 3, comma, 10 g HX2SOX4\ce{H2SO4}?
Po pierwsze, musimy zbilansować to równanie! W tym przypadku mamy 1 atom N, a i 3 atomy H po stronie substratów oraz 2 atomy N, a i 2 atomy H po stronie produktów. Możemy zbilansować to równanie poprzez umieszczenie 2 przed N, a, O, H (co oznacza, że po każdej stronie są 2 atomy start text, N, a, end text) i kolejnych 2 przed HX2O\ce{H2O} (co oznacza, że po obu stronach mamy 6 atomów O i 4 atomy H). W ten sposób otrzymujemy następujące równanie zbilansowane:
2NaOH(aq)+HX2SOX4(aq)2HX2O(l)+NaX2SOX4(aq)\ce{2NaOH}(aq) + \ce{H2SO4}(aq) \rightarrow \ce{2H2O}(l) + \ce{Na2SO4}(aq)
Teraz, gdy mamy zbilansowane równanie, możemy zacząć szukać odpowiedzi. Dla przypomnienia, chcemy obliczyć masę N, a, O, H, która jest potrzebna, aby całkowicie zareagować z 3, comma, 10 g HX2SOX4\ce{H2SO4}. Możemy rozwiązać ten problem stechiometryczny, podejmując następujące kroki:

Krok 1: Zamiana znanych ilości reagentów na mole

Aby połączyć ilości HX2SOX4\ce{H2SO4} i N, a, O, H wykorzystując stosunek molowy, najpierw musimy znać ilość HX2SOX4\ce{H2SO4} w molach. Możemy zamienić 3, comma, 10 g HX2SOX4\ce{H2SO4} na mole używając masy molowej HX2SOX4\ce{H2SO4} (98, comma, 08, space, g, slash, m, o, l):
3, comma, 10, start cancel, start text, g, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, dot, start fraction, 1, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, divided by, 98, comma, 08, start cancel, start text, g, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, end fraction, equals, 3, comma, 16, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript

Krok 2: Wykorzystanie stosunków molowych do obliczania liczby moli innych reagentów

Teraz, kiedy ilość HX2SOX4\ce{H2SO4} w molach jest znana, na podstawie liczby moli HX2SOX4\ce{H2SO4} otrzymajmy liczbę moli N, a, O, H, stosując odpowiedni stosunek molowy. Zgodnie ze współczynnikami w zbilansowanym równaniu chemicznym, 2 mole N, a, O, H są potrzebne na każdy 1 mol HX2SOX4\ce{H2SO4}, więc stosunek molowy wynosi
start fraction, 2, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, divided by, 1, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end fraction
Mnożenie liczby moli HX2SOX4\ce{H2SO4} przez ten czynnik daje nam liczbę potrzebnych moli N, a, O, H równą:
3, comma, 16, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start cancel, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, dot, start fraction, 2, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, divided by, 1, start cancel, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, end fraction, equals, 6, comma, 32, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text
Zauważ, że zapisaliśmy stosunek molowy w taki sposób, że liczba moli HX2SOX4\ce{H2SO4} się skraca, w wyniku czego liczba moli N, a, O, H 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 N, a, O, H w gramach, więc naszym ostatnim krokiem jest zamiana 6, comma, 2, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript moli N, a, O, H na gramy. Możemy to zrobić, używając masy molowej N, a, O, H (40, comma, 00, space, g, slash, m, o, l):
6, comma, 32, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start cancel, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, end cancel, dot, start fraction, 40, comma, 00, start text, g, space, N, a, O, H, end text, divided by, 1, start cancel, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, end cancel, end fraction, equals, 2, comma, 53, start text, g, space, N, a, O, H, end text
A zatem 2, comma, 53, space, g N, a, O, H jest potrzebne do całkowitego zużycia 3, comma, 10 gramów HX2SOX4\ce{H2SO4} w tej reakcji.
Skrót: Mogliśmy połączyć wszystkie trzy kroki w jedno obliczenie, jak pokazano w poniższym wyrażeniu:
3,10  g H2SO4  1  mol H2SO498,08  g H2SO4    2  mol NaOH1  mol H2SO4    40,00  g NaOH1  mol NaOH = 2,53  g NaOHKrok 1Krok 2Krok 3Znajdzˊ liczbę moli H2SO4Uz˙yj stosunku molowegoZnajdzˊ liczbę gramoˊw NaOH\underbrace{3{,}10\; \cancel{\text{g H}_2\text{SO}_4} ~\cdot~ \dfrac{1\; \cancel{\text{mol H}_2\text{SO}_4}}{98{,}08\; \cancel{\text{g H}_2\text{SO}_4}}} ~~\cdot~~ \underbrace{\dfrac{2\; \cancel{\text{mol NaOH}}}{1\; \cancel{\text{mol H}_2\text{SO}_4}}} ~~\cdot~~ \underbrace{\dfrac{40{,}00\; \text{g NaOH}}{1\; \cancel{\text{mol NaOH}}}} ~=~ 2{,}53\; \text {g NaOH} \\ \kern5.6em \text{Krok 1} \kern9.5em \text{Krok 2} \kern5.6em \text{Krok 3} \\ \kern1.3em \text{Znajdź liczbę moli H}_2\text{SO}_4 \kern1.3em \text{Użyj stosunku molowego} \kern0.8em \text{Znajdź liczbę gramów NaOH}
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!).
Typowe składniki na ciastka, w tym masło, mąka, migdały, czekolada jak również wałek i foremki do wycinania ciastek. Wszystko to porozrzucane na drewnianym stole.
Przeprowadzanie reakcji chemicznej jest jak robienie ciasteczek. Mam jednak nadzieję, że twój stół laboratoryjny jest czystszy niż ten blat kuchenny! Źródło zdjęcia: Congerdesign w Pixabay, CC0 1.0.
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
Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.