Przeczytaj

bg‑azure

Stechiometria chemiczna

Dziedzina chemii, która zajmuje się ilościowym opisem reakcji chemicznych, to stechiometria chemiczna. Dzięki niej można obliczyć liczbę cząsteczek (atomów, jonów, etc.), które biorą udział w reakcji, ilość produktu powstałego w czasie reakcji, ilość reagentów potrzebnych do przeprowadzenia reakcji i wiele innych zależności. Do tych obliczeń niezbędne są uzgodnione równania reakcji chemicznychrównanie reakcji chemicznejrównania reakcji chemicznych i liczne wzory, ale również prawa (chemiczne i fizyczne) oraz znajomość pojęć.

Ra0BLggtUgHm11

Mapa pojęć pt. „Wielkości chemiczne i fizyczne”

bg‑azure

Kolejność wykonywania obliczeń

Znając szereg pojęć i wzorów ściśle związanych ze stechiometrią, można wykonywać obliczenia na podstawie równań reakcji chemicznych.

Równania reakcji chemicznych są podobne do równań matematycznych – tutaj jednak znakiem równości jest strzałka prowadząca od substratów do produktów (często także znak równości). Dzięki dobrze dobranym współczynnikom stechiometrycznym (gdy liczba atomów/jonów danego pierwiastka przed strzałką równa się liczbie atomów/jonów tego samego pierwiastka za strzałką), równanie reakcji podaje stosunki ilościowe między reagentami i produktami, pozwalając na wiele praktycznych obliczeń.

Rl77DQ7V0A68w

Polecenie 1

Napisz równanie reakcji termicznego rozkładu tlenku rtęci( $II$ ). Dobierz współczynniki stechiometryczne. Oblicz, ile moli rtęci powstanie z rozkładu $12$ moli tlenku rtęci( $II$ ).

R9WH1cUhqkVes

RXZCOtgCimqun

Krok $I$ . Napisanie równania reakcji chemicznej.

HgO ⇆ Hg + O_{2}

Krok $II$ . Dobranie współczynników stechiometrycznych.

2 HgO ⇆ 2 Hg + O_{2}

reagenty	$2 HgO$	$2 Hg$	$O_{2}$
liczba moli	$2$ mole	$2$ mole	$1$ mol
masa molowa	$216,6 \frac{g}{mol}$	$200,6 \frac{g}{mol}$	$32 \frac{g}{mol}$

Krok $III$ . Oznaczenie danych i szukanych wielkości w równaniu reakcji chemicznej.

Mamy

12 moli HgO

Szukamy

x

moli

Hg

2 HgO ⇆ 2 Hg + O_{2}

W reakcji z

2

moli

HgO

powstają

2

mole

Hg

Krok $IV$ . Ułożenie proporcji.

2 mole HgO — 2 mole Hg

12 moli HgO — x

Krok $V$ . Obliczenie szukanych wielkości.

x = \frac{2 \cdot 12}{2}

x = 12 moli Hg

Krok $VI$ . Sformułowanie odpowiedzi.

Na skutek termicznego rozkładu $12$ moli tlenku rtęci( $II$ ), powstanie $12$ moli atomów rtęci.

Polecenie 2

Oblicz, jaka objętość ${CO}_{2}$ wydzieli się w reakcji $25 g$ ${CaCO}_{3}$ z kwasem solnym, przy założeniu, że reakcja została przeprowadzona w warunkach normalnych. Wynik podaj z dokładnością do pierwszego miejsca po przecinku.

R1QWYs5mlZkav

R1mZ8ejyMYoyi

Krok $I$ . Napisanie równania reakcji chemicznej.

{CaCO}_{3} + HCl \to {CaCl}_{2} + H_{2} O + {CO}_{2} ↑

Krok $II$ . Dobranie współczynników stechiometrycznych.

{CaCO}_{3} + 2 HCl \to {CaCl}_{2} + H_{2} O + {CO}_{2} ↑

Krok $III$ . Oznaczenie danych i szukanych wielkości w równaniu reakcji chemicznej.

Z treści zadania wynika, że mamy $25 g$ ${CaCO}_{3}$ oraz szukamy $y {dm}^{3} {CO}_{2}$ .

Należy posłużyć się masą molową węglanu wapnia. Masa ta wynosi:

M_{{CaCO}_{3}} = 1 \cdot 12 \frac{g}{mol} + 1 \cdot 40 \frac{g}{mol} + 3 \cdot 16 \frac{g}{mol} = 100 \frac{g}{mol}

Natomiast z równania reakcji wynika, że ze $100 g$ ${CaCO}_{3}$ .

Z teorii wiadomo, że $1 mol$ każdego gazu ma w warunkach normalnych objętość równą $22,41 {dm}^{3}$ .

Krok $IV$ . Ułożenie proporcji.

100 g — 22,41 {dm}^{3}

25 g — y

Krok $V$ . Obliczenie szukanych wielkości.

y = \frac{22,41 {dm}^{3} \cdot 25 g}{100 g}

y = 5,6 {dm}^{3}

Krok $VI$ . Sformułowanie odpowiedzi.

W trakcie reakcji wydzieli się $5,6 {dm}^{3} {CO}_{2}$ .

Polecenie 3

Do przeprowadzenia reakcji, której celem było otrzymanie tlenku glinu, użyto $4$ mole tlenu oraz $5$ moli glinu. Oblicz, jaką masę tlenku glinu otrzymano w wyniku tej reakcji. Wynik podaj z dokładnością do pierwszego miejsca po przecinku.

R1LHA01ohmyJI

R1VgnHC82iMQy

Krok $I$ . Napisz równanie reakcji chemicznej.

Al + O_{2} \to {Al}_{2} O_{3}

Krok $II$ . Dobierz współczynniki stechiometryczne.

4 Al + 3 O_{2} \to 2 {Al}_{2} O_{3}

Krok $III$ . Oznacz dane i szukane wielkości w równaniu reakcji chemicznej.

5 moli Al — 4 mole O_{2} — n moli {Al}_{2} O_{3}

W tym przykładzie mamy podanych wiele zmiennych. Wobec tego należy sprawdzić, który substrat w reakcji został użyty w niedomiarze, który natomiast w nadmiarze. Ilość powstałego tlenku glinu należy obliczyć względem substratu użytego w niedomiarze, ponieważ jest to czynnik limitujący reakcję. Wówczas substrat, użyty w nadmiarze, nie będzie mógł zostać całkowicie wykorzystany.

4 mole Al — 3 mole O_{2}

5 moli Al — z

z = \frac{5 \cdot 3}{4}

z = 3,75 moli

Oznacza to, że w reakcji w nadmiarze użyto tlenu, dlatego dalsze obliczenia prowadzimy w stosunku do glinu.

W wyniku reakcji z

4

moli

AI

powstają

2

mole

{Al}_{2} O_{3}

Mamy

5

moli

AI

. Szukamy

n

moli

{Al}_{2} O_{3}

Krok $IV$ . Ułóż proporcje.

4 mole Al — 2 mole {Al}_{2} O_{3}

5 moli Al — n

Krok $V$ . Oblicz szukane wielkości.

n = \frac{5 \cdot 2}{4}

n = 2,5 mola

m = n \cdot M

m = 2,5 mol \cdot 75 \frac{g}{mol} = 187,5 g

Krok $VI$ . Sformułuj odpowiedzi.

W wyniku tej reakcji otrzymano $187,5 g$ tlenku glinu.

Słownik

równanie reakcji chemicznej

umowny zapis reakcji chemicznej w postaci równania, którego lewą stronę stanowią wzory związków chemicznych i/lub symbole atomów substratów, a prawą chemiczne wzory i/lub symbole produktów reakcji z właściwymi współczynnikami stechiometrycznymi

masa atomowa ( $M_{A}$ )

średnia masa pojedynczego atomu wyrażona w unitach ( $u$ ):

1 u = \frac{1}{12} masy atomu węgla {}^{12}C

1 u \approx 1, 66 \cdot 10^{— 27} kg

masa cząsteczkowa

masa pojedynczej cząsteczki wyrażona w unitach ( $u$ ); dla danego związku wylicza się poprzez zsumowanie mas atomowych pierwiastków, będących częścią tego związku chemicznego

liczba Avogadra ( $N_{A}$ )

określa liczbę drobin (cząsteczek, jonów, atomów) zawartych w $1 molu$ :

N_{A} = 6,02214076 \cdot 10^{23}

mol

jednostka liczności (ilości) materii, podstawowa w układzie SI; jeden mol zawiera dokładnie $6,02214076 \cdot 10^{23}$ indywiduów chemicznych; z pojęciem mola związane są dwa poniższe wzory:

n = \frac{N}{N_{A}}

oraz

n = m \cdot M

gdzie $N$ – liczba drobin (cząsteczek, jonów, atomów), $m$ – masa substancji wyrażona w gramach, $M$ – masa molowa wyrażona w $\frac{g}{mol}$

masa molowa (

M

)

masa molowa (

M

)

masa $1 mola$ indywiduów chemicznych substancji wyrażona w gramach. Przykład: masa atomowa sodu wynosi $23 u$ , a jego masa molowa $23 \frac{g}{mol}$

objętość molowa (

V_{mol}

)

objętość molowa (

V_{mol}

)

objętość gazu odmierzonego w warunkach normalnych (dla $T = 273 K (0 ° C)$ oraz $p = 1013 hPa$ ). Dla gazów rzeczywistych, w warunkach normalnych, wynosi $22, 41 {dm}^{3}$

n = \frac{V}{V_{mol}}

gdzie $V$ – objętość gazu oraz $V_{mol}$ – objętość molowa gazu.

równania Clapeyrona

obliczanie objętości gazów występujących w innych, niż wskazują warunki normalne, relacjach ciśnienia i temperatury; objętość $1 mola$ tych gazów ulega zmianie

p V = n R T

gdzie $p$ – ciśnienie gazu (w paskalach $Pa$ ); $V$ – objętość gazu (w $m^{3}$ ); $n$ – liczba moli gazu; $T$ – temperatura gazu (w $K$ ); $R$ – stała gazowa wynosząca $8, 31 J \cdot {mol}^{- 1} \cdot K^{- 1}$ .

stężenie procentowe (

C_{%}

)

stężenie procentowe (

C_{%}

)

masa substancji rozpuszczonej w $100 g$ roztworu.

C_{%} = \frac{m_{s}}{m_{r}} \cdot 100 %

gdzie $m_{s}$ – masa substancji; $m_{r}$ – masa roztworu.

stężenie molowe (

C_{m}

)

stężenie molowe (

C_{m}

)

liczba moli substancji rozpuszczonej w $1 {dm}^{3}$ roztworu

C_{m} = \frac{n}{V_{r}} [\frac{mol}{{dm}^{3}}]

gdzie $n$ – liczba moli; $V_{r}$ – objętość roztworu.

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 1994.

Encyklopedia PWN

Hejwowska S., Marcinkowski R., Chemia ogólna i nieorganiczna, Gdynia 2005.

Wprowadzenie

Gra edukacyjna

Stechiometria chemiczna

Kolejność wykonywania obliczeń

Słownik

Bibliografia