gtemata.com

Cum se utilizează stoichiometria

Toate reacțiile chimice (și, prin urmare, toate ecuațiile chimice) trebuie să fie echilibrate. Materiile nu pot fi create sau distruse, astfel încât produsele rezultate dintr-o reacție trebuie să corespundă reactivilor care participă, chiar dacă sunt aranjate diferit. Stoichiometria este tehnica utilizată de chimisti pentru a se asigura că o ecuație chimică este perfect echilibrată. Stoichiometria este jumătate de matematică și jumătate chimică și se concentrează pe principiul simplu menționat: principiul că subiectul nu vine niciodată distrus

nici creat în timpul unei reacții. Vedeți pasul 1 de mai jos pentru a începe!

paşi

Partea 1
Aflați elementele de bază

Imagine cu denumirea Do Stoichiometry Pasul 1
1
Învățați să recunoașteți părțile unei ecuații chimice. Calculul stoichiometric necesită o înțelegere a unor principii fundamentale ale chimiei. Cel mai important lucru este conceptul de ecuația chimică. O ecuație chimică este în esență o modalitate de a reprezenta o reacție chimică în ceea ce privește literele, numerele și simbolurile. În toate reacțiile chimice, unul sau mai multe reactivii ele reacționează, se combină sau se transformă în alt mod pentru a forma una sau mai multe produce. Gândiți-vă la reactivi ca i "materiale de bază" și la produse precum "rezultatul final" a unei reacții chimice. Pentru a fi o reacție chimică cu o ecuație, pornind de la stânga, înainte de a scrie Reactivii noștri (care le separa cu semnul plus), atunci vom scrie semnul echivalenței (în probleme simple, de obicei, folosind o săgeată îndreptată spre dreapta) În cele din urmă, scriem produsele (în același mod în care am scris reactivii).
  • De exemplu, aici este o ecuație chimică: HNO3 + KOH → KNO3 + H2O. Această ecuație chimică ne spune că doi reactivi, HNO3 și KOH se combină pentru a forma două produse, KNO3 și H2O.
  • Rețineți că săgeata din centrul ecuației este doar unul dintre simbolurile de echivalență folosite de chimisti. Un alt simbol folosit adesea constă în două săgeți dispuse orizontal unul peste celălalt în sensul opus. Din motive de stoichiometrie simplă, de obicei nu contează ce simbol de echivalență este folosit.
  • Imaginea cu titlul Do Stoichiometry Pasul 2
    2
    Utilizați coeficienții pentru a specifica cantitățile de molecule diferite în ecuație. În ecuația din exemplul anterior, toți reactivii și produsele au fost utilizați într-un raport de 1: 1. Asta înseamnă că am folosit unul unitate din fiecare reactiv pentru a forma unul unitate din fiecare produs. Cu toate acestea, lucrurile nu sunt întotdeauna așa. Uneori, de exemplu, o ecuație conține mai mult de un reactiv sau produs, de fapt nu este neobișnuit ca orice compus din ecuație să fie utilizat de mai multe ori. Acesta este reprezentat folosind coeficienţii, adică numere întregi lângă reactivi sau produse. Coeficienții specifică numărul fiecărei molecule produse (sau utilizate) în reacție.
  • De exemplu, să aruncăm o privire la ecuația de combustie a metanului: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. Notați coeficientul "2" lângă O2 și H2O. Această ecuație ne spune că o moleculă de CH4 și două SAU2 ele formează un CO2 e două H2O.
  • Imagine cu denumirea Do Stoichiometry Pasul 3
    3
    Este posibil "distribui" produsele din ecuație. Sigur că știți bine proprietatea distributivă a multiplicării - a (b + c) = ab + ac. Aceeași proprietate este substanțial valabilă și în ecuațiile chimice. Dacă în cadrul ecuației înmulțiți o sumă cu o constantă numerică, obțineți o ecuație care, deși nu mai este exprimată în termeni simpli, este încă validă. În acest caz, trebuie să înmulțiți fiecare coeficient constant (însă niciodată numerele abonate, care exprimă cantitatea de atomi din cadrul moleculei unice). Această tehnică poate fi utilă în unele ecuații stoichiometrice avansate.
  • De exemplu, dacă luăm în considerare ecuația exemplului nostru (CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O) și înmulțim cu 2, obținem 2CH4 + 4O2 → 2CO2 + 4H2O. Cu alte cuvinte, multiplicăm coeficientul fiecărei molecule cu 2, astfel încât moleculele prezente în ecuație sunt de două ori mai mari decât ecuația inițială. Din moment ce proporțiile originale sunt neschimbate, această ecuație este încă valabilă.
  • Poate fi util să ne gândim la molecule fără coeficienți ca și când ar avea un coeficient implicit de "1". Astfel, în ecuația inițială a exemplului nostru, CH4 devine 1 CH4 și așa mai departe.

    • Partea 2
    Echilibrează o ecuație cu stoichiometria

    Imagine cu denumirea Do Stoichiometry Pasul 4
    1
    Puneți ecuația în scris. Tehnicile folosite pentru a rezolva problemele de stoichiometrie sunt similare cu cele utilizate pentru rezolvarea problemelor matematice. În cazul tuturor ecuațiilor chimice, cu excepția celor mai simple, aceasta înseamnă, de obicei, că este dificil, dacă nu chiar aproape imposibil, să se realizeze calcule stoichiometrice. Deci, pentru a începe, scrieți ecuația (lăsând spațiu suficient pentru a efectua calculele).
    • Ca exemplu, să luăm în considerare ecuația:H2SO4 + Fe → Fe2(SO4)3 + H2
  • Imagine cu denumirea Do Stoichiometry Pasul 5
    2
    Verificați dacă ecuația este echilibrată. Înainte de a începe procesul de echilibrare a unei ecuații cu calcule stoichiometrice, care poate dura mult timp, este recomandabil să verificați rapid dacă ecuația nu face nevoie să fie echilibrat. Deoarece o reacție chimică nu poate niciodată să creeze sau să distrugă materie, o ecuație dată este dezechilibrată dacă numărul (și tipul) atomilor din fiecare parte a ecuației nu se potrivește perfect.
  • Să verificăm dacă ecuația exemplului este echilibrată. Pentru a face acest lucru, adăugăm numărul de atomi din fiecare tip pe care îl găsim în fiecare parte a ecuației.
  • În partea stângă a săgeții, avem: 2 H, 1 S, 4 O și 1 Fe.
  • În partea dreaptă a săgeții, avem: 2 Fe, 3 S, 12 O și 2 H.
  • Cantitățile atomilor de fier, sulf și oxigen sunt diferite, deci ecuația este cu siguranță dezechilibrat. Stoichiometria ne va ajuta să o echilibrăm!
  • Imagine cu denumirea Do Stoichiometry Pasul 6
    3
    Mai întâi de toate, echilibrați toți ionii complexi (poliatomici). Dacă în reacție pare să echilibreze unele ion poliatomic (format din mai mult de un atom) în ambele părți ale ecuației, este în mod normal, o idee bună pentru a începe cu precizie de echilibrare acestea, în același pasaj. Pentru a echilibra ecuația, multiplică coeficienții moleculelor corespunzătoare în una (sau ambele) părți ale ecuației pentru numere întregi, astfel încât ionul, atomul sau gruparea funcțională care trebuie să echilibreze ambele prezente în aceeași cantitate de ambele părți ale „ecuație.
  • Este mult mai ușor de înțeles cu un exemplu. În ecuația noastră, H2SO4 + Fe → Fe2(SO4)3 + H2, SO4 este singurul ion polyatomic prezent. Deoarece apare pe ambele părți ale ecuației, putem echilibra întregul ion, mai degrabă decât atomii individuali.
  • Există 3 SO4 din dreapta săgeții și numai 1 SO4 în stânga. Deci, pentru a echilibra SO4, am dori să multiplicăm molecula rămasă în ecuația în care SO4 face parte din 3, după cum urmează: 3H2SO4 + Fe → Fe2(SO4)3 + H2
  • Imagine cu denumirea Do Stoichiometry Pasul 7
    4
    Orice echilibru metalic. Dacă ecuația conține elemente metalice, următorul pas va fi acela de a le echilibra cu precizie. Înmulțiți orice atomi de metal sau molecule care conțin metal cu coeficienți întregi, astfel încât metalele să apară pe ambele părți ale ecuației în același număr. Dacă nu sunteți sigur că atomii sunt metale, consultați o tabelă periodică: în general, metalele sunt elementele din stânga grupului (coloana) 12 / IIB cu excepția H, iar elementele din partea stângă jos a părții "pătrat" în partea dreaptă a mesei.
  • În ecuația noastră, 3H2SO4 + Fe → Fe2(SO4)3 + H2, Fe este singurul metal, deci trebuie să ne echilibrăm în acest stadiu.
  • Gasim 2 Fe in partea dreapta a ecuatiei si doar 1 Fe pe partea stanga, deci da Fe pe partea stanga a ecuatie coeficientul 2 pentru a-l echilibra. În acest moment, ecuația noastră devine: 3H2SO4 + 2Fe → Fe2(SO4)3 + H2
  • Imaginea cu titlul Do Stoichiometry Pasul 8
    5


    Echilibrează elementele nemetalice (cu excepția oxigenului și hidrogenului). În pasul următor, echilibrați toate elementele nemetalice din ecuație, cu excepția hidrogenului și a oxigenului, care sunt, în general, echilibrate ultima dată. Această parte a procesului de echilibrare este puțin nebuloasă, deoarece elementele exacte nemetalice din ecuație variază foarte mult în funcție de tipul de reacție care trebuie efectuată. De exemplu, reacțiile organice pot avea un număr mare de molecule C, N, S și P care trebuie să fie echilibrate. Echilibrează acești atomi în modul descris mai sus.
  • Ecuația exemplului nostru (3H2SO4 + 2Fe → Fe2(SO4)3 + H2) conține cantități de S, dar am echilibrat-o deja când am echilibrat ionii poliatomici din care fac parte. Deci putem trece peste acest pas. Este de remarcat faptul că multe ecuații chimice nu necesită efectuarea fiecărei etape a procesului de echilibrare descrisă în acest articol.
  • Imaginea cu titlul Do Stoichiometry Pasul 9
    6
    Echilibrează oxigenul. În etapa următoare, echilibrați atomii de oxigen din ecuație. În echilibrarea ecuațiilor chimice, atomii de O și H sunt, în general, lăsați la sfârșitul procesului. Acest lucru se datorează faptului că este probabil să apară în mai mult de o moleculă prezentă în ambele părți ale ecuației, care pot face dificil să știe cum să înceapă înainte de a fi echilibrat celelalte părți ale ecuației.
  • Din fericire, în ecuația noastră, 3H2SO4 + 2Fe → Fe2(SO4)3 + H2, am echilibrat oxigenul înainte, când am echilibrat ionii poliatomici.
  • Imaginea cu titlul Do Stoichiometry Step 10
    7
    Echilibrează hidrogenul. În cele din urmă, procesul de echilibrare se termină cu orice atomi de H care ar fi rămas. Adesea, dar evident nu întotdeauna, acest lucru poate însemna asocierea unui coeficient cu o moleculă de hidrogen diatomic (H2) pe baza numărului de H prezent pe cealaltă parte a ecuației.
  • Acesta este cazul ecuației exemplului nostru, 3H2SO4 + 2Fe → Fe2(SO4)3 + H2.
  • În acest moment, avem 6 H în partea stângă a săgeții și 2 H în partea dreaptă, așa că dăm H2 în partea dreaptă a săgeții coeficientul 3 pentru a echilibra numărul de H. În acest moment suntem cu 3H2SO4 + 2Fe → Fe2(SO4)3 + 3H2
  • Imaginea cu titlul Do Stoichiometry Step 11
    8
    Verificați dacă ecuația este echilibrată. După terminare, ar trebui să vă întoarceți și să verificați dacă ecuația este echilibrată. Puteți face acest lucru la fel cum ați făcut la început, când ați descoperit că ecuația a fost dezechilibrată: adăugând toți atomii prezenți în ambii membri ai ecuației și verificând dacă se potrivesc.
  • Să verificăm dacă ecuația noastră, 3H2SO4 + 2Fe → Fe2(SO4)3 + 3H2, este echilibrat.
  • În stânga avem: 6 H, 3 S, 12 O și 2 Fe.
  • În partea dreaptă sunt: ​​2 Fe, 3 S, 12 O și 6 H.
  • Ai făcut-o! Ecuația este echilibrat.
  • Imagine cu denumirea Do stoichiometry Pasul 12
    9
    Întotdeauna echilibrați ecuațiile modificând doar coeficienții, nu sub-numerele. O greșeală obișnuită, tipică studenților care abia încep să studieze chimia, este de a echilibra ecuația prin schimbarea numerelor subscript din moleculele prezente în el, în loc de i coeficienţii. În acest fel nu modifică numărul de molecule implicate în reacție, dar compoziția moleculelor ei înșiși, generând o reacție cu totul diferită de cea de plecare. Pentru a fi clar, în timpul executării unui calcule stoichiometrice, puteți modifica doar un număr mare în partea stângă a fiecărei molecule, dar niciodată copiii scris în mijloc.
  • Să presupunem că vrem să încercăm să echilibrăm Fe în ecuația noastră folosind această abordare greșită. Am putea examina ecuația studiată mai devreme (3H2SO4 + Fe → Fe2(SO4)3 + H2) și gândiți-vă: "există două Fe pe dreapta și unul pe stânga, așa că va trebui să înlocuiesc pe Fe cu Fe 2".
  • Nu putem face acest lucru, deoarece acest lucru ar schimba reactivul în sine. Fea2 nu este simplu Fe, ci o moleculă complet diferită. Mai mult decât atât, deoarece fierul este un metal, acesta nu poate fi scris niciodată într-o formă diatomică (Fe2) deoarece aceasta ar implica faptul că ar fi posibil să se găsească în molecule diatomice, o condiție în care unele elemente se găsesc în stare gazoasă (de exemplu, H2, SAU2, etc), dar nu și metalele.

    • Partea 3
    Utilizați ecuații echilibrate în aplicații practice

    Imagine cu denumirea Do Stoichiometry Pasul 13
    1
    Utilizați stoichiometria pentru Partea_1: _Individual_the_Reagent_Limitante_sub găsiți reactivul limitator într-o reacție. Echilibrarea unei ecuații este doar primul pas. De exemplu, după echilibrarea ecuației cu stoichiometria, aceasta poate fi utilizată pentru a determina ce este reactivul limitativ. Reactivii limitați sunt în esență reactivii care sunt "afară" în primul rând: odată epuizate, reacția se termină.
    • Pentru a găsi reactivul limitator al ecuației nou echilibrate, se înmulțește cantitatea fiecărui reactiv (în cariere) cu raportul dintre coeficientul produsului și coeficientul de reactiv. Aceasta permite găsirea cantității de produs pe care fiecare reactiv poate să o producă: reactivul care produce cantitatea minimă de produs este reactivul limitator.
  • Imaginea cu titlul Do Stoichiometry Step 14
    2
    Parte_2: _Calcolare_la_Resa_Teorica_sub Utilizați stoichiometria pentru a determina cantitatea de produs generată. După echilibrarea ecuației și determinarea reactivului limitator, încercați să înțelegeți cum Acesta va fi rezultatul reacției dvs., știți doar cum să utilizați răspunsul în prioritatea obținută pentru a găsi reactivul limitator. Aceasta înseamnă că cantitatea (în moli) dintr-un anumit produs se găsește prin înmulțirea cantității de reactiv limitativ (în mol) cu raportul dintre coeficientul produsului și coeficientul de reactiv.
  • Imaginea intitulată Do Stoichiometry Pasul 15
    3
    Utilizați ecuații echilibrate pentru a crea factori de conversie ai reacției. O ecuație echilibrată conține coeficienții corecți ai fiecărui compus prezent în reacție, informații care pot fi utilizate pentru a transforma practic orice cantitate prezentă în reacție în alta. Utilizați coeficienții compușilor prezenți în reacție pentru a stabili un sistem de conversii care să permită calcularea cantității de sosire (de obicei în moli sau grame de produs) dintr-o cantitate de pornire (de obicei în moli sau în grame de reactiv).
  • De exemplu, folosim ecuația noastră echilibrată (3H2SO4 + 2Fe → Fe2(SO4)3 + 3H2) pentru a determina cât de multe moli de Fe2(SO4)3 ele sunt teoretic produse de o masă de 3H2SO4.
  • Să analizăm coeficienții ecuației echilibrate. Există 3 moli de H2SO4 pentru fiecare mol de Fe2(SO4)3. Astfel, conversia are loc după cum urmează:
  • 1 mol de H2SO4 × (1 mol Fe2(SO4)3) / (3 moli H2SO4) = 0,33 moli de Fe2(SO4)3.
  • Rețineți că cantitățile obținute sunt corecte, deoarece numitorul factorului nostru de conversie este anulat cu unitățile de pornire ale produsului.

    • Lucruri de care ai nevoie

    Distribuiți pe rețelele sociale:

    înrudit