СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ: ЭТАПЫ И УПРАЖНЕНИЯ РЕШЕНЫ - ХИМИЯ - 2024

В стехиометрические расчеты являются те , которые сделаны на основе массовых соотношений элементов или соединений , участвующих в химической реакции.

Первый шаг к их выполнению - уравновесить интересующую химическую реакцию. Точно так же должны быть известны правильные формулы соединений, участвующих в химическом процессе.

Источник: Pixabay

Стехиометрические расчеты основаны на применении ряда законов, среди которых следующие: закон сохранения массы; закон определенных пропорций или постоянного состава; и наконец, закон кратных пропорций.

Закон сохранения массы гласит, что в химической реакции сумма масс реагентов равна сумме масс продуктов. В химической реакции общая масса остается постоянной.

Закон определенных пропорций или постоянного состава гласит, что разные образцы любого чистого соединения содержат одни и те же элементы в одинаковых массовых пропорциях. Например, чистая вода одинакова, независимо от ее источника или континента (или планеты).

И третий закон, закон множественных пропорций, указывает, что, когда два элемента A и B образуют более одного соединения, доля массы элемента B, которая объединяется с данной массой элемента A, в каждом из соединений , можно выразить небольшими целыми числами. То есть для A _n B _m n и m являются целыми числами.

Что такое стехиометрические расчеты и их этапы?

Это расчеты, предназначенные для решения различных вопросов, которые могут возникнуть при изучении химической реакции. Для этого вы должны знать химические процессы и законы, которые ими управляют.

Используя стехиометрический расчет, можно получить, например, из массы одного реагента неизвестную массу другого реагента. Вы также можете узнать процентный состав химических элементов, присутствующих в соединении, и из него получить эмпирическую формулу соединения.

Следовательно, знание эмпирической или минимальной формулы соединения позволяет установить его молекулярную формулу.

Кроме того, стехиометрический расчет позволяет узнать в химической реакции, какой реагент является ограничивающим или имеется избыток реагента, а также его массу.

Этапы

Этапы будут зависеть от типа поставленной проблемы, а также от ее сложности.

Две распространенные ситуации:

-Два элемента реагируют, образуя соединение, и известна только масса одного из реагирующих элементов.

-Мы хотим знать неизвестную массу второго элемента, а также массу соединения, полученного в результате реакции.

В целом, при решении этих упражнений необходимо соблюдать следующий порядок этапов:

-Установите уравнение химической реакции.

-Балансируйте уравнение.

-Третий этап заключается в использовании атомных весов элементов и стехиометрических коэффициентов для получения пропорции масс реагирующих элементов.

-Затем, используя закон определенных пропорций, когда известна масса реагирующего элемента и пропорция, с которой он реагирует со вторым элементом, зная массу второго элемента.

-И пятая и последняя стадия, если массы реагирующих элементов известны, их сумма позволяет нам рассчитать массу соединения, полученного в реакции. В этом случае эта информация получается на основе закона сохранения массы.

Решенные упражнения

-Упражнение 1

Какой остается реагент, когда 15 г Mg реагируют с 15 г S с образованием MgS? И сколько граммов MgS будет произведено в реакции?

Данные:

- Масса Mg и S = ​​15 г

-Атомный вес Mg = 24,3 г / моль.

-Атомный вес S = 32,06 г / моль.

Шаг 1: уравнение реакции

Mg + S => MgS (уже сбалансировано)

Шаг 2: Установите соотношение, в котором Mg и S объединяются, чтобы произвести MgS

Для простоты атомный вес Mg можно округлить до 24 г / моль, а атомный вес S - до 32 г / моль. Таким образом, соотношение, в котором объединяются S и Mg, будет 32:24, если разделить 2 члена на 8, соотношение уменьшится до 4: 3.

Соответственно, соотношение, в котором Mg соединяется с S, равно 3: 4 (Mg / S).

Шаг 3: обсуждение и расчет избыточного реагента и его массы

Масса Mg и S составляет 15 г для обоих, но соотношение, в котором реагируют Mg и S, составляет 3: 4, а не 1: 1. Затем можно сделать вывод, что избыток реагента представляет собой Mg, поскольку он находится в более низкой пропорции по сравнению с S.

Этот вывод можно проверить, рассчитав массу Mg, реагирующего с 15 г S.

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

11,25 г Mg

Масса избыточного Mg = 15 г - 11,25 г

3,75 г.

Шаг 4: Масса MgS, образующегося в результате реакции, основанной на законе сохранения массы.

Масса MgS = масса Mg + масса S

11,25 г + 15 г.

26, 25 г

Упражнение в образовательных целях может быть выполнено следующим образом:

Вычислите количество граммов серы, вступающей в реакцию с 15 г магния, в данном случае используя соотношение 4: 3.

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

20 г

Если бы ситуация была такой, как в этом случае, можно было бы увидеть, что 15 г S было бы недостаточно для полного взаимодействия с 15 г Mg, которых не хватало 5 г. Это подтверждает, что избыток реагента представляет собой Mg, а S является реагентом, ограничивающим образование MgS, когда оба реакционных элемента имеют одинаковую массу.

-Упражнение 2.

Рассчитайте массу хлорида натрия (NaCl) и примесей в 52 г NaCl с процентной чистотой 97,5%.

Данные:

-Масса пробы: 52 г NaCl

-Чистый процент = 97,5%.

Шаг 1: рассчитайте чистую массу NaCl

Масса NaCl = 52 г x 97,5% / 100%

50,7 г

Шаг 2: расчет массы примесей

% примесей = 100% - 97,5%

2,5%

Масса примесей = 52 г х 2,5% / 100%

1,3 г

Следовательно, из 52 г соли 50,7 г представляют собой чистые кристаллы NaCl и 1,3 г примесей (например, других ионов или органических веществ).

-Упражнение 3.

Какая масса кислорода (O) содержится в 40 г азотной кислоты (HNO ₃ ), зная, что ее молекулярный вес составляет 63 г / моль, а атомный вес O равен 16 г / моль?

Данные:

-Масса HNO ₃ = 40 г

-Атомный вес O = 16 г / моль.

-Молекулярный вес HNO ₃

Шаг 1. Рассчитайте количество молей HNO.

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

0,635 моль

Шаг 2: рассчитайте количество присутствующих молей O

Формула для HNO ₃ показывает, что на каждый моль HNO ₃ приходится 3 моля O.

Моль O = 0,635 моль HNO ₃ X 3 моля O / моль HNO ₃

1,905 моль O

Шаг 3: рассчитайте массу O в 40 г HNO.

г O = 1,905 моль O x 16 г O / моль O

30,48 г

Другими словами, из 40 г HNO ₃ 30,48 г обусловлены исключительно массой молей атомов кислорода. Такая большая доля кислорода характерна для оксоанионов или их третичных солей (например, NaNO ₃ ).

-Упражнение 4.

Сколько граммов хлорида калия (KCl) образуется при разложении 20 г хлората калия (KClO ₃ )? Зная, что молекулярная масса KCl составляет 74,6 г / моль, а молекулярная масса KClO ₃ равна 122,6 г / моль

Данные:

-Масса KClO ₃ = 20 г

-Молекулярный вес KCl = 74,6 г / моль

-Молекулярный вес KClO ₃ = 122,6 г / моль

Шаг 1: уравнение реакции

2KClO ₃ => 2KCl + 3O ₂

Шаг 2: рассчитайте массу KClO

г KClO ₃ = 2 моль x 122,6 г / моль

245,2 г

Шаг 3: рассчитайте массу KCl

г KCl = 2 моль x 74,6 г / моль

149,2 г

Шаг 4: рассчитайте массу KCl, полученного при разложении

245 г KClO ₃ получают разложением 149,2 г KCl. Затем это соотношение (стехиометрический коэффициент) можно использовать для определения массы KCl, производимого из 20 г KClO ₃ :

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

12,17 г

Обратите внимание на массовое соотношение O ₂ в KClO ₃ . Из 20 г KClO ₃ чуть меньше половины приходится на кислород, который входит в состав оксоаниона хлората.

-Упражнение 5.

Найдите процентный состав следующих веществ: а) допа, C ₉ H ₁₁ NO ₄ и б) ванилин, C ₈ H ₈ O ₃ .

а) Допа

Шаг 1: найдите молекулярную массу допа C

Для этого атомный вес элементов, присутствующих в соединении, первоначально умножается на количество молей, представленное их нижними индексами. Чтобы найти молекулярную массу, складываются граммы, внесенные различными элементами.

Углерод (C): 12 г / моль x 9 моль = 108 г

Водород (H): 1 г / моль x 11 моль = 11 г

Азот (N): 14 г / моль x 1 моль = 14 г

Кислород (O): 16 г / моль x 4 моль = 64 г

Молекулярная масса допа = (108 г + 11 г + 14 г + 64 г)

197 г

Шаг 2: Найдите процентный состав элементов, присутствующих в допах

Для этого его молекулярная масса (197 г) принята за 100%.

% C = 108 г / 197 г x 100%

54,82%

% H = 11 г / 197 г x 100%

5,6%

% N = 14 г / 197 г x 100%

7,10%

% O = 64 г / 197 г

32,48%

б) Ванилин

Часть 1: расчет молекулярной массы ванилина С

Для этого атомный вес каждого элемента умножается на количество присутствующих в нем молей, добавляя массу, вносимую различными элементами.

C: 12 г / моль x 8 моль = 96 г

H: 1 г / моль x 8 моль = 8 г

Или: 16 г / моль x 3 моль = 48 г

Молекулярный вес = 96 г + 8 г + 48 г

152 г

Часть 2: Найдите процентное содержание различных элементов в ванилине

Предполагается, что его молекулярная масса (152 г / моль) составляет 100%.

% C = 96 г / 152 г x 100%

63,15%

% H = 8 г / 152 г x 100%

5,26%

% O = 48 г / 152 г x 100%

31,58%

-Упражнение 6.

Массовый процентный состав спирта следующий: углерод (C) 60%, водород (H) 13% и кислород (O) 27%. Получите формулу минимума или эмпирическую формулу.

Данные:

Атомный вес: C 12 г / моль, H 1 г / моль и кислород 16 г / моль.

Шаг 1: расчет количества молей элементов, присутствующих в спирте

Масса спирта принята 100 г. Следовательно, масса C составляет 60 г, масса H составляет 13 г, а масса кислорода составляет 27 г.

Расчет количества родинок:

Количество молей = масса элемента / атомный вес элемента

моль C = 60 г / (12 г / моль)

5 моль

моль H = 13 г / (1 г / моль)

13 моль

моль O = 27 г / (16 г / моль)

1,69 моль

Шаг 2: получите минимальную или эмпирическую формулу

Для этого найдите соотношение целых чисел между количеством родинок. Это служит для получения количества атомов элементов в формуле минимума. Для этого моли различных элементов в меньшей степени делятся на количество молей элемента.

C = 5 моль / 1,69 моль

С = 2,96

H = 13 моль / 1,69 моль

H = 7,69

O = 1,69 моль / 1,69 моль

O = 1

Округляя эти цифры, получается минимальная формула: C ₃ H ₈ O. Эта формула соответствует пропанолу, CH ₃ CH ₂ CH ₂ OH. Однако эта формула также является формулой соединения CH ₃ CH ₂ OCH ₃ , этилметилового эфира.

Ссылки

1. Домингес Ариас MJ (нф). Расчеты в химических реакциях. Получено с: uv.es
2. Расчеты с химическими формулами и уравнениями. , Взято с: 2.chemistry.msu.edu
3. Sparknotes. (2018). Стехиометрический расчет. Получено с: sparknotes.com
4. ChemPages Netorials. (SF). Модуль стехиометрии: Общая стехиометрия. Получено с: chem.wisc.edu
5. Флорес, Дж. Кимика (2002) Редакция Сантильяна.
6. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. Химия. (8-е изд.). CENGAGE Обучение.