Obliczenia stechiometryczne w tym, co składają się na etapy, ćwiczenia rozwiązane

The obliczenia stechiometryczne to te, które powstają na podstawie relacji masowych pierwiastków lub związków, które biorą udział w reakcji chemicznej.

Pierwszym krokiem do ich realizacji jest zrównoważenie reakcji chemicznej będącej przedmiotem zainteresowania. Ponadto muszą być znane prawidłowe formuły związków biorących udział w procesie chemicznym.

Obliczenia stechiometryczne opierają się na zastosowaniu zbioru praw, wśród których są następujące: prawo zachowania masy; prawo o określonych proporcjach lub stałym składzie; i wreszcie prawo o wielu proporcjach.

Prawo zachowania masy wskazuje, że w reakcji chemicznej suma mas reagentów jest równa sumie mas produktów. W reakcji chemicznej masa całkowita pozostaje stała.

Prawo o określonych proporcjach lub stałym składzie stwierdza, że ​​różne próbki dowolnego czystego związku mają te same elementy w tych samych proporcjach masy. Na przykład czysta woda jest taka sama bez względu na jej źródło lub z jakiego kontynentu (lub planety) pochodzi.

A trzecie prawo, które ma wiele proporcji, wskazuje, że gdy dwa elementy A i B tworzą więcej niż jeden związek, proporcja masy elementu B, która łączy się z daną masą pierwiastka A, w każdym ze związków , można wyrazić w postaci małych liczb całkowitych. To znaczy dla A_nB_m n i m są to liczby całkowite.

Indeks

• 1 Jakie są obliczenia stechiometryczne i ich etapy??
  • 1.1 Etapy
• 2 rozwiązane ćwiczenia
  • 2.1-Ćwiczenie 1
  • 2.2-Ćwiczenie 2
  • 2.3-Ćwiczenie 3
  • 2.4 - Ćwiczenie 4
  • 2.5 - Ćwiczenie 5
  • 2.6-Ćwiczenie 6
• 3 referencje

Jakie są obliczenia stechiometryczne i ich etapy?

Są to obliczenia opracowane w celu rozwiązania różnych pytań, które mogą pojawić się podczas badania reakcji chemicznej. W tym celu musisz posiadać wiedzę na temat procesów chemicznych i praw, które nimi rządzą.

Za pomocą obliczeń stechiometrycznych można uzyskać na przykład masę reagenta, nieznaną masę innego reagenta. Możesz również znać procentowy skład pierwiastków chemicznych obecnych w związku i uzyskać z niego empiryczną formułę związku.

W konsekwencji znajomość empirycznej lub minimalnej formuły związku pozwala na ustalenie jego wzoru cząsteczkowego.

Ponadto obliczenia stechiometryczne pozwalają poznać w reakcji chemicznej, która jest odczynnikiem ograniczającym, lub jeśli występuje nadmiar odczynnika, a także masę tego odczynnika.

Etapy

Etapy będą zależały od rodzaju postawionego problemu, a także jego złożoności.

Dwie typowe sytuacje to:

-Reaguj dwa elementy, aby utworzyć związek i znać tylko masę jednego z reagentów.

-Pożądane jest poznanie nieznanej masy drugiego elementu, a także masy związku wynikającej z reakcji.

Zasadniczo w rozwiązaniu tych ćwiczeń należy przestrzegać następującej kolejności etapów:

-Ustaw równanie reakcji chemicznej.

-Zrównoważyć równanie.

-Trzeci etap polega na wykorzystaniu masy atomowej pierwiastków i współczynników stechiometrycznych do uzyskania proporcji mas reagentów.

-Następnie, stosując prawo określonych proporcji, gdy znana jest masa elementu reagenta i proporcja, z jaką reaguje z drugim elementem, znać masę drugiego elementu.

-A piąty i ostatni etap, jeśli znamy masy elementów reagentów, ich suma pozwala nam obliczyć masę związku wytworzonego w reakcji. W tym przypadku informacja ta jest uzyskiwana na podstawie prawa zachowania masy.

Rozwiązane ćwiczenia

-Ćwiczenie 1

Jaki jest pozostały odczynnik, gdy 15 g Mg reaguje z 15 g S, tworząc MgS? I ile gramów MgS powstanie w reakcji?

Dane:

-Masa Mg i S = 15 g

-Masa atomowa Mg = 24,3 g / mol.

-Masa atomowa S = 32,06 g / mol.

Krok 1: równanie reakcji

Mg + S => MgS (już zbalansowane)

Krok 2: Ustal stosunek, w jakim Mg i S łączą się, aby wytworzyć MgS

Dla uproszczenia, masa atomowa Mg może być zaokrąglona do 24 g / mol, a masa atomowa S do 32 g / mol. Wtedy proporcja, w której łączą się S i Mg, wynosi 32:24, dzieląc 2 wyrażenia przez 8, proporcja zostaje zmniejszona do 4: 3.

W formie odwrotnej proporcja, w jakiej Mg jest łączona z S, jest równa 3: 4 (Mg / S)

Krok 3: omówienie i obliczenie pozostałego odczynnika i jego masy

Masa Mg i S wynosi 15 g dla obu, ale proporcja, w jakiej reagują Mg i S, wynosi 3: 4, a nie 1: 1. Następnie można wywnioskować, że pozostałym odczynnikiem jest Mg, ponieważ jest on w mniejszej proporcji w stosunku do S.

Ten wniosek można sprawdzić, obliczając masę Mg, która reaguje z 15 g S.

g Mg = 15 g Sx (3 g Mg) / mol) / (4 g S / mol)

11,25 g Mg

Nadmiar masy Mg = 15 g - 11,25 g

3,75 g.

Krok 4: Masa MgS powstająca w reakcji na podstawie prawa zachowania masy

Masa MgS = masa Mg + masa S

11,25 g + 15 g.

26, 25 g

Ćwiczenie z celami dydaktycznymi można wykonać w następujący sposób:

Oblicz gramy S, które reagują z 15 g Mg, stosując w tym przypadku stosunek 4: 3.

g S = 15 g Mg x (4 g S / mol) / (3 g Mg / mol)

20 g

Gdyby w tym przypadku przedstawiono sytuację, można zauważyć, że 15 g S nie osiągnęłoby pełnej reakcji z 15 g Mg, brakowało 5 g. Potwierdza to, że pozostałym odczynnikiem jest Mg, a S jest odczynnikiem ograniczającym w tworzeniu MgS, gdy oba elementy reaktywne mają taką samą masę.

-Ćwiczenie 2

Oblicz masę chlorku sodu (NaCl) i zanieczyszczeń w 52 g NaCl z procentem czystości 97,5%.

Dane:

-Masa próbki: 52 g NaCl

-Procent czystości = 97,5%.

Krok 1: Obliczanie czystej masy NaCl

Masa NaCl = 52 g x 97,5% / 100%

50,7 g

Krok 2: obliczenie masy zanieczyszczeń

% zanieczyszczeń = 100% - 97,5%

2,5%

Masa zanieczyszczeń = 52 g x 2,5% / 100%

1,3 g

Dlatego z 52 g soli 50,7 g to czyste kryształy NaCl i 1,3 g zanieczyszczeń (takich jak inne jony lub materia organiczna).

-Ćwiczenie 3

Jaka masa tlenu (O) występuje w 40 g kwasu azotowego (HNO₃), wiedząc, że jego masa cząsteczkowa wynosi 63 g / mol, a masa atomowa O wynosi 16 g / mol?

Dane:

-Masa HNO₃ = 40 g

-Masa atomowa O = 16 g / mol.

-Masa cząsteczkowa HNO₃

Krok 1: Oblicz liczbę moli HNO₃ obecny w masie 40 g kwasu

Mole HNO₃ = 40 g HNO₃ x 1 mol HNO₃/ 63 g HNO₃

0,635 moli

Krok 2: Oblicz liczbę moli obecnych

Formuła HNO₃ wskazuje, że na każdy mol HNO przypadają 3 mole O._3.

Mole O = 0,635 moli HNO₃ X 3 mole O / mol HNO₃

1,905 moli O

Krok 3: Oblicz masę O występującą w 40 g HNO₃

g O = 1,905 moli O x 16 g O / mol O

30,48 g

To znaczy 40 g HNO₃, 30,48 g wynika wyłącznie z masy moli atomów tlenu. Ta duża część tlenu jest typowa dla oksoanionów lub ich trzeciorzędowych soli (NaNO₃, na przykład).

-Ćwiczenie 4

Ile gramów chlorku potasu (KCl) wytwarza się przez rozkład 20 g chloranu potasu (KClO)?₃), wiedząc, że masa cząsteczkowa KCl wynosi 74,6 g / mol i masa cząsteczkowa KClO₃ wynosi 122,6 g / mol

Dane:

-Masa KClO₃ = 20 g

-Masa cząsteczkowa KCl = 74,6 g / mol

-Masa cząsteczkowa KClO₃ = 122,6 g / mol

Krok 1: równanie reakcji

2KClO₃ => 2KCl + 3O₂

Krok 2: Obliczanie masy KClO₃

g KClO₃ = 2 mole x 122,6 g / mol

245,2 g

Krok 3: Oblicz masę KCl

g KCl = 2 mole x 74,6 g / mol

149,2 g

Krok 4: obliczenie masy KCl wytworzonej przez rozkład

245 g KClO₃ 149,2 g KCl wytwarza się przez rozkład. Następnie ten stosunek (współczynnik stechiometryczny) można wykorzystać do znalezienia masy KCl, która jest produkowana z 20 g KClO₃:

g KCl = 20 g KClO₃ x 149 g KCl / 245,2 g KClO₃

12,17 g

Zwróć uwagę na stosunek masy O₂ wewnątrz KClO₃. Z 20 g KClO₃, nieco mniej niż połowa wynika z tlenu, który jest częścią chloranu oksoanionu.

-Ćwiczenie 5

Znajdź procentowy skład następujących substancji: a) dopa, C₉H₁₁NIE₄ oraz b) Vainillina, C₈H₈O₃.

a) Dopa

Krok 1: Znajdź masę cząsteczkową dopy C₉H₁₁NIE₄

Aby to zrobić, masa atomowa pierwiastków obecnych w związku jest początkowo mnożona przez liczbę moli reprezentowanych przez ich indeksy dolne. Aby znaleźć masę cząsteczkową, dodaj gramy dostarczone przez różne elementy.

Węgiel (C): 12 g / mol x 9 mol = 108 g

Wodór (H): 1 g / mol x 11 mol = 11 g

Azot (N): 14 g / mol x 1 mol = 14 g

Tlen (O): 16 g / mol x 4 mol = 64 g

Masa cząsteczkowa dopy = (108 g + 11 g + 14 g + 64 g)

197 g

Krok 2: Znajdź procentowy skład pierwiastków obecnych w dopie

W tym celu przyjmuje się, że jego masa cząsteczkowa (197 g) wynosi 100%.

% C = 108 g / 197 g x 100%

54,82%

% H = 11 g / 197 g x 100%

5,6%

% N = 14 g / 197 g x 100%

7,10%

% O = 64 g / 197 g

32,48%

b) Wanilina

Część 1: obliczanie masy cząsteczkowej waniliny C₈H₈O₃

Aby to zrobić, masa atomowa każdego elementu jest mnożona przez liczbę obecnych moli, dodając masę wniesioną przez różne elementy

C: 12 g / mol x 8 mol = 96 g

H: 1 g / mol x 8 mol = 8 g

O: 16 g / mol x 3 mol = 48 g

Masa cząsteczkowa = 96 g + 8 g + 48 g

152 g

Część 2: Znajdź% różnych elementów obecnych w wanilinie

Zakłada się, że jego masa cząsteczkowa (152 g / mol) reprezentuje 100%.

% C = 96 g / 152 g x 100%

63,15%

% H = 8 g / 152 g x 100%

5,26%

% O = 48 g / 152 g x 100%

31, 58%

-Ćwiczenie 6

Skład procentowy alkoholu wynosi: węgiel (C) 60%, wodór (H) 13% i tlen (O) 27%. Uzyskaj minimalną formułę lub wzór empiryczny.

Dane:

Masa atomowa: C 12 g / mol, H 1 g / mol i tlen 16 g / mol.

Krok 1: obliczenie liczby moli pierwiastków obecnych w alkoholu

Zakłada się, że masa alkoholu wynosi 100 g. W konsekwencji masa C wynosi 60 g, masa H wynosi 13 g, a masa tlenu 27 g.

Obliczanie liczby moli:

Liczba moli = masa elementu / masa atomowa elementu

mole C = 60 g / (12 g / mol)

5 moli

mole H = 13 g / (1 g / mol)

13 moli

mole O = 27 g / (16 g / mol)

1,69 mola

Krok 2: Uzyskaj minimalną lub empiryczną formułę

Aby to zrobić, znajdujemy proporcję liczb całkowitych między liczbami moli. Służy to do uzyskania liczby atomów pierwiastków w formule minimalnej. W tym celu mole różnych elementów są dzielone przez liczbę moli pierwiastka w mniejszej proporcji.

C = 5 moli / 1,69 mola

C = 2,96

H = 13 moli / 1,69 mola

H = 7,69

O = 1,69 mola / 1,69 mola

O = 1

Zaokrąglając te liczby, formuła minimalna to: C₃H₈O. Ten wzór odpowiada propanolowi, CH₃CH₂CH₂OH. Jednak ta formuła jest również związkiem CH₃CH₂OCH₃, eter etylometylowy.

Referencje

1. Dominguez Arias M. J. (s.f.). Obliczenia w reakcjach chemicznych. Odzyskany z: uv.es
2. Obliczenia ze wzorami chemicznymi i równaniami. [PDF] Zaczerpnięte z: 2.chemistry.msu.edu
3. Sparknotes. (2018). Obliczanie stechiometryczne. Źródło: sparknotes.com
4. ChemPages Netorials. (s.f.). Moduł stechiometryczny: ogólna stechiometria. Źródło: chem.wisc.edu
5. Flores, J. Química (2002) Redakcja Santillana.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia (8 wyd.). CENGAGE Learning.