Σε μια χημική αντίδραση, η ύλη δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί, οπότε τα προϊόντα μιας αντίδρασης πρέπει να είναι ίσα με τον αριθμό των αντιδρώντων στην αντίδραση. Η στοιχειομετρία είναι η μελέτη της ποσοτικής σχέσης των στοιχείων σε μια αντίδραση, η οποία περιλαμβάνει τον υπολογισμό της μάζας των αντιδρώντων και των προϊόντων σε αυτά. Η στοιχειομετρία είναι ένας συνδυασμός μαθηματικών και χημείας και εφαρμόζεται με βάση μια απλή αρχή παραπάνω, ότι η ύλη δεν αυξάνεται ή μειώνεται ποτέ σε μια αντίδραση. Το πρώτο βήμα για την επίλυση οποιουδήποτε προβλήματος χημείας είναι η εξισορρόπηση των εξισώσεων.
Βήμα
Μέρος 1 από 4: Εξισορρόπηση χημικών εξισώσεων
Βήμα 1. Γράψτε τον αριθμό των ατόμων που αποτελούν κάθε ένωση και στις δύο πλευρές της εξίσωσης
Οι χημικές εξισώσεις μπορούν να σας βοηθήσουν να προσδιορίσετε τα άτομα κάθε στοιχείου σε μια αντίδραση. Σε μια χημική αντίδραση, η ύλη δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί, οπότε μια εξίσωση λέγεται ότι είναι άνιση αν ο αριθμός (και οι τύποι) των συστατικών ατόμων και στις δύο πλευρές της εξίσωσης δεν είναι ακριβώς ο ίδιος.
- Μην ξεχάσετε να πολλαπλασιάσετε τον αριθμό των ατόμων με τον συντελεστή ή τον αριθμό κάτω από τη γραμμή, αν έχετε έναν.
- Για παράδειγμα, Η2ΕΤΣΙ4 + Fe - Fe2(ΕΤΣΙ4)3 + Η2
- Στην αριστερή πλευρά (αντιδρώντα) της εξίσωσης υπάρχουν 2 H, 1 S, 4 O και 1 Fe.
- Στη δεξιά πλευρά (προϊόν) της εξίσωσης υπάρχουν 2 H, 3 S, 12 O και 2 Fe.
Βήμα 2. Προσθέστε συντελεστές μπροστά από άλλα στοιχεία εκτός από οξυγόνο και υδρογόνο για να εξισορροπήσετε και τις δύο πλευρές της εξίσωσης
Βρείτε το λιγότερο κοινό πολλαπλάσιο στοιχείων εκτός από οξυγόνο και υδρογόνο για να εξισώσετε τον αριθμό των ατόμων και στις δύο πλευρές της εξίσωσης.
- Για παράδειγμα, το λιγότερο κοινό πολλαπλάσιο (LCM) μεταξύ 2 και 1 είναι 2 για Fe. Έτσι, προσθέστε τον αριθμό 2 μπροστά από το στοιχείο Fe στην αριστερή πλευρά για να τον εξισορροπήσετε.
- Το LCM μεταξύ 3 και 1 είναι 3 για το στοιχείο S. Έτσι, προσθέστε τον αριθμό 3 μπροστά από την ένωση Η2ΕΤΣΙ4 για να εξισορροπήσετε τη δεξιά και την αριστερή πλευρά της εξίσωσης.
- Σε αυτό το στάδιο, η εξίσωση του παραπάνω παραδείγματος θα είναι: 3 Η2ΕΤΣΙ4 + 2 Fe - Fe2(ΕΤΣΙ4)3 + Η2
Βήμα 3. Ισορροπήστε τα άτομα υδρογόνου και οξυγόνου
Ο αριθμός των ατόμων υδρογόνου και οξυγόνου ισορροπεί τελευταία επειδή είναι γενικά παρόντες σε πολλά μόρια και στις δύο πλευρές της εξίσωσης. Στο βήμα εξισορρόπησης αυτής της εξίσωσης, μην ξεχάσετε να υπολογίσετε ξανά τα άτομα αφού προσθέσετε τους συντελεστές μπροστά από τα μόρια.
- Στο παράδειγμα εδώ, προσθέτουμε τον αριθμό 3 μπροστά από την ένωση Η2ΕΤΣΙ4, έτσι τώρα υπάρχουν 6 άτομα υδρογόνου στην αριστερή πλευρά, αλλά μόνο 2 άτομα υδρογόνου στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης. Αυτή τη στιγμή έχουμε επίσης 12 άτομα οξυγόνου στην αριστερή πλευρά και 12 άτομα οξυγόνου στη δεξιά πλευρά, οπότε τα άτομα οξυγόνου είναι ισοδύναμα.
- Μπορούμε να ισορροπήσουμε τα άτομα υδρογόνου προσθέτοντας τον αριθμό 3 μπροστά από το Η2.
- Η τελική εξίσωση μετά την εξισορρόπηση είναι 3 Η2ΕΤΣΙ4 + 2 Fe - Fe2(ΕΤΣΙ4)3 + 3 Η2.
Βήμα 4. Καταγράψτε ξανά τα άτομα και στις δύο πλευρές της εξίσωσης για να βεβαιωθείτε ότι έχουν τον ίδιο αριθμό
Μόλις ολοκληρωθεί, επανυπολογίστε και ελέγξτε ξανά την ισότητα είναι το σωστό βήμα. Μπορείτε να το κάνετε αυτό προσθέτοντας όλα τα άτομα και στις δύο πλευρές της εξίσωσης και βεβαιωθείτε ότι είναι τα ίδια.
- Ελέγξτε ξανά την ισότητα της εξίσωσης μας, 3 Η2ΕΤΣΙ4 + 2 Fe - Fe2(ΕΤΣΙ4)3 + 3 Η2.
- Στην αριστερή πλευρά του βέλους είναι 6 H, 3 S, 12 O και 2 Fe.
- Στη δεξιά πλευρά του βέλους είναι 2 Fe, 3 S, 12 O και 6 H.
- Ο αριθμός των ατόμων στη δεξιά και αριστερή πλευρά είναι ακριβώς ο ίδιος, οπότε αυτή η εξίσωση είναι ήδη ισοδύναμη.
Μέρος 2 από 4: Μετατροπή γραμμαρίων και μορίων
Βήμα 1. Υπολογίστε τη γραμμομοριακή μάζα της μάζας της δεδομένης ένωσης σε γραμμάρια
Μοριακή μάζα είναι ο αριθμός γραμμαρίων (g) σε ένα γραμμομόριο μιας ένωσης. Αυτή η μονάδα σας επιτρέπει να μετατρέψετε εύκολα γραμμάρια και γραμμομόρια μιας ένωσης. Για να υπολογίσετε τη γραμμομοριακή μάζα, πρέπει να γνωρίζετε πόσα μόρια του στοιχείου υπάρχουν στην ένωση, καθώς και την ατομική μάζα κάθε στοιχείου στην ένωση.
- Να βρείτε τον αριθμό των ατόμων κάθε στοιχείου σε μια ένωση. Για παράδειγμα, η γλυκόζη είναι C6Η12Ο6, και αποτελείται από 6 άτομα άνθρακα, 12 άτομα υδρογόνου και 6 άτομα οξυγόνου.
- Μάθετε την ατομική μάζα σε γραμμάρια ανά γραμμομόριο (g/mol) κάθε ατόμου. Οι ατομικές μάζες των στοιχείων που αποτελούν τη γλυκόζη είναι: άνθρακας, 12.0107 g/mol. υδρογόνο, 1,007 g/mol; και οξυγόνο, 15.9994 g/mol.
- Πολλαπλασιάστε τη μάζα κάθε ατόμου με τον αριθμό των ατόμων που υπάρχουν στην ένωση. Άνθρακας: 12.0107 x 6 = 72.0642 g/mol; υδρογόνο: 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; οξυγόνο: 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
- Το άθροισμα όλων των παραπάνω προϊόντων είναι η γραμμομοριακή μάζα της ένωσης. 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Or με άλλα λόγια, η μάζα ενός μορίου γλυκόζης είναι 180,14 γραμμάρια.
Βήμα 2. Μετατρέψτε τη μάζα μιας ένωσης σε moles χρησιμοποιώντας τη γραμμομοριακή μάζα
Η γραμμομοριακή μάζα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συντελεστής μετατροπής, οπότε μπορείτε να υπολογίσετε τον αριθμό των γραμμομορίων σε έναν δεδομένο αριθμό γραμμαρίων δείγματος. Διαιρέστε τη γνωστή μάζα (g) με τη μοριακή μάζα (g/mol). Ένας εύκολος τρόπος για να ελέγξετε τους υπολογισμούς σας είναι να βεβαιωθείτε ότι οι μονάδες ακυρώνουν η μία την άλλη και αφήνουν μόνο τους κρεατοελιές.
- Για παράδειγμα: πόσα moles υπάρχουν σε 8,2 γραμμάρια υδροχλωρίου (HCl);
- Η ατομική μάζα του Η είναι 1.0007 και το Cl είναι 35.453 άρα η γραμμομοριακή μάζα της παραπάνω ένωσης είναι 1.007 + 35.453 = 36.46 g/mol.
- Η διαίρεση του αριθμού γραμμαρίων της ένωσης με τη γραμμομοριακή της μάζα δίνει: 8,2 g / (36,46 g / mol) = 0,225 mol HCl.
Βήμα 3. Προσδιορίστε τη γραμμομοριακή αναλογία μεταξύ των αντιδρώντων
Για να προσδιορίσετε την ποσότητα του προϊόντος που παράγεται σε μια αντίδραση, πρέπει να προσδιορίσετε τη γραμμομοριακή αναλογία. Ο γραμμομοριακός λόγος είναι ο λόγος των ενώσεων που αντιδρούν μεταξύ τους και υποδεικνύεται από τους συντελεστές των ενώσεων στην αντίδραση που ήταν ισοδύναμοι.
- Για παράδειγμα, ποια είναι η γραμμομοριακή αναλογία του KClO3 με Ο2 στην αντίδραση 2 KClO3 - 2 KCl + 3 Ο2.
- Πρώτα απ 'όλα, βεβαιωθείτε ότι οι παραπάνω εξισώσεις είναι ισοδύναμες. Μην ξεχνάτε ποτέ αυτό το βήμα ή η γραμμομοριακή αναλογία που λαμβάνεται θα είναι λάθος. Σε αυτό το παράδειγμα, οι ποσότητες κάθε στοιχείου και στις δύο πλευρές της εξίσωσης είναι ίσες, οπότε η αντίδραση είναι ισορροπημένη.
- Η αναλογία μεταξύ KClO3 με Ο2 είναι 2/3. Μπορείτε να βάλετε οποιονδήποτε αριθμό πάνω και κάτω, αρκεί να αντιπροσωπεύει την κατάλληλη ένωση σε όλο το πρόβλημα.
Βήμα 4. Πολλαπλασιάστε το σταυρό με τη γραμμομοριακή αναλογία για να βρείτε τον αριθμό των γραμμομορίων του άλλου αντιδραστηρίου
Για να υπολογίσετε τον αριθμό των γραμμομορίων μιας ένωσης που παράγεται ή απαιτείται σε μια αντίδραση, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη γραμμομοριακή αναλογία. Τα προβλήματα χημείας συνήθως σας ζητούν να καθορίσετε τον αριθμό των γραμμομορίων που χρειάζονται ή παράγονται σε μια αντίδραση από τη μάζα (γραμμάρια) ενός συγκεκριμένου αντιδραστηρίου.
- Για παράδειγμα, στην εξίσωση αντίδρασης Ν2 + 3 Η2 - 2 ΝΗ3 πόσα moles NH3 που θα προέκυπτε από 3,00 γραμμάρια Ν2 που αντιδρά με Η2 σε επαρκή ποσότητα;
- Σε αυτό το παράδειγμα, ο Η2 διατίθεται σε επαρκείς ποσότητες και δεν χρειάζεται να τις μετρήσετε για να λύσετε το πρόβλημα.
- Αρχικά, αλλάξτε τις μονάδες γραμμαρίων Ν2 να είναι κρεατοελιές. Η ατομική μάζα του αζώτου είναι 14,0067 g/mol άρα η γραμμομοριακή μάζα είναι Ν2 είναι 28.0134 g/mol. Η διαίρεση μεταξύ μάζας και γραμμομοριακής μάζας θα δώσει 3,00 g/28,0134 g/mol = 0,107 mol.
- Υπολογίστε την αναλογία στο πρόβλημα: NH3: N2 = x/0, 107 moles.
- Σταυρός πολλαπλασιάστε αυτόν τον λόγο με τη γραμμομοριακή αναλογία της ΝΗ3 με Ν2: 2: 1 x/0, 107 moles = 2/1 = (2 x 0, 107) = 1x = 0,214 moles.
Βήμα 5. Μετατρέψτε αυτόν τον αριθμό γραμμομορίων πίσω σε μάζα χρησιμοποιώντας τη γραμμομοριακή μάζα της ένωσης
Θα χρησιμοποιήσετε ξανά τη μοριακή μάζα, αλλά τώρα η μοριακή μάζα χρειάζεται ως πολλαπλασιαστής για να επιστρέψετε τον αριθμό των γραμμομορίων στα γραμμάρια. Βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε τη σωστή γραμμομοριακή μάζα της ένωσης.
Μοριακή μάζα ΝΗ3 είναι 17,028 g/mol. Άρα 0,214 moles x (17,028 γραμμάρια/mol) = 3,647 γραμμάρια ΝΗ3.
Μέρος 3 από 4: Μετατροπή λίτρων αερίου και μορίου
Βήμα 1. Μάθετε αν η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε τυπική πίεση και θερμοκρασία (STP)
Το STP είναι το σύνολο των συνθηκών που επιτρέπουν σε 1 γραμμομόριο ιδανικού αερίου να γεμίσει όγκο 22.414 λίτρων (l). Η τυπική θερμοκρασία είναι 273, 15 Kelvin (K) και η τυπική πίεση είναι 1 ατμόσφαιρα (atm).
Γενικά, σε προβλήματα θα αναφερθεί ότι η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε 1 atm και 273 K, ή σε STP
Βήμα 2. Χρησιμοποιήστε τον συντελεστή μετατροπής 22.414 l/mol για να μετατρέψετε τον αριθμό των λίτρων αερίου σε moles αερίου
Εάν η αντίδραση λαμβάνει χώρα υπό συνθήκες STP, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε 22.414 l/mol για να υπολογίσετε τον αριθμό των γραμμομορίων σε έναν γνωστό όγκο αερίου. Διαιρέστε τον όγκο του αερίου (l) με αυτόν τον συντελεστή μετατροπής για να βρείτε τον αριθμό των γραμμομορίων.
Για παράδειγμα, για να μετατρέψετε 3,2 λίτρα Ν2 αέριο σε moles: 3,2 l/22, 414 l/mol = 0,143 mol.
Βήμα 3. Χρησιμοποιήστε τον ιδανικό νόμο για το αέριο για να μετατρέψετε λίτρα αερίου, αν όχι υπό συνθήκες STP
Εάν η αντίδραση στο πρόβλημα δεν λαμβάνει χώρα υπό συνθήκες STP, πρέπει να χρησιμοποιήσετε τον ιδανικό νόμο αερίου PV = nRT για να υπολογίσετε τον αριθμό των γραμμομορίων σε μια αντίδραση. P είναι η πίεση σε ατμοσφαιρικές μονάδες, V είναι ο όγκος σε λίτρα, n είναι ο αριθμός των γραμμομορίων, το R είναι η σταθερά του νόμου του αερίου, 0,0821 l-atm/mol-μοίρες και T είναι η θερμοκρασία σε βαθμούς Kelvin.
- Αυτή η εξίσωση μπορεί να αναδιαταχθεί για τον υπολογισμό των moles, για να γίνει: n = RT/PV.
- Οι μονάδες της σταθεράς αερίου έχουν σχεδιαστεί για να εξαλείφουν όλες τις άλλες μεταβλητές μονάδας.
- Για παράδειγμα, προσδιορίστε τον αριθμό των κρεατοελιών σε 2,4 λίτρα Ο2 σε 300 K και 1,5 atm. Συνδέοντας τις μεταβλητές στην εξίσωση, παίρνουμε: n = (0,0821 x 300)/(1, 5 x 2) = 24, 63/3, 6 = 6, 842 moles O2.
Μέρος 4 από 4: Μετατροπή λίτρων υγρών και μορίων
Βήμα 1. Υπολογίστε την πυκνότητα του υγρού
Μερικές φορές, οι χημικές εξισώσεις σας δίνουν τον όγκο του υγρού αντιδραστηρίου και σας ζητούν να υπολογίσετε τον αριθμό γραμμαρίων ή γραμμομορίων που απαιτούνται για την αντίδραση. Για να μετατρέψετε τον όγκο ενός υγρού σε γραμμάρια, χρειάζεστε την πυκνότητα του υγρού. Η πυκνότητα εκφράζεται σε μονάδες μάζας/όγκου.
Εάν η πυκνότητα είναι άγνωστη στο πρόβλημα, ίσως χρειαστεί να το αναζητήσετε σε ένα σχολικό βιβλίο ή στο διαδίκτυο
Βήμα 2. Μετατρέψτε τον όγκο σε χιλιοστόλιτρα (ml)
Για να μετατρέψετε τον όγκο ενός υγρού σε μάζα (g), πρέπει να χρησιμοποιήσετε την πυκνότητά του. Η πυκνότητα εκφράζεται σε γραμμάρια ανά χιλιοστόλιτρο (g/ml), οπότε ο όγκος ενός υγρού πρέπει επίσης να εκφραστεί σε χιλιοστόλιτρα για να υπολογιστεί.
Μάθετε τον γνωστό τόμο. Για παράδειγμα, ας πούμε στο πρόβλημα ότι είναι γνωστός ο όγκος του Η2Ο είναι 1 λίτρο. Για να το μετατρέψετε σε ml, πρέπει απλώς να το πολλαπλασιάσετε με 1000 επειδή υπάρχουν 1000 ml σε 1 λίτρο νερού.
Βήμα 3. Πολλαπλασιάστε τον όγκο με την πυκνότητα
Όταν πολλαπλασιάζουμε τον όγκο (ml) με την πυκνότητά του (g/ml), οι μονάδες ml χάνονται και αυτό που απομένει είναι ο αριθμός των γραμμαρίων της ένωσης.
Για παράδειγμα, η πυκνότητα Η2Το Ο είναι 18.0134 g/ml. Εάν η χημική εξίσωση λέει ότι υπάρχουν 500 ml Η2Ο, ο αριθμός των γραμμαρίων στην ένωση είναι 500 ml χ 18,0134 g/ml ή 9006, 7 g.
Βήμα 4. Υπολογίστε τη γραμμομοριακή μάζα των αντιδρώντων
Μοριακή μάζα είναι ο αριθμός γραμμαρίων (g) σε ένα γραμμομόριο μιας ένωσης. Αυτή η μονάδα σας επιτρέπει να αλλάξετε τις μονάδες γραμμαρίων και κρεατοελιών σε μια ένωση. Για να υπολογίσετε τη γραμμομοριακή μάζα, πρέπει να καθορίσετε πόσα μόρια του στοιχείου υπάρχουν σε μια ένωση, καθώς και την ατομική μάζα κάθε στοιχείου στην ένωση.
- Προσδιορίστε τον αριθμό των ατόμων κάθε στοιχείου σε μια ένωση. Για παράδειγμα, η γλυκόζη είναι C6Η12Ο6, και αποτελείται από 6 άτομα άνθρακα, 12 άτομα υδρογόνου και 6 άτομα οξυγόνου.
- Μάθετε την ατομική μάζα σε γραμμάρια ανά γραμμομόριο (g/mol) κάθε ατόμου. Οι ατομικές μάζες των στοιχείων της γλυκόζης είναι: άνθρακας, 12.0107 g/mol. υδρογόνο, 1,007 g/mol; και οξυγόνο, 15.9994 g/mol.
- Πολλαπλασιάστε την ατομική μάζα κάθε στοιχείου με τον αριθμό των ατόμων που υπάρχουν στην ένωση. Άνθρακας: 12.0107 x 6 = 72.0642 g/mol; υδρογόνο: 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; οξυγόνο: 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
- Προσθέστε τα αποτελέσματα πολλαπλασιασμού παραπάνω για να πάρετε τη γραμμομοριακή μάζα της ένωσης, η οποία είναι 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Έτσι, η μάζα ενός γραμμομορίου γλυκόζης είναι 180,14 γραμμάρια.
Βήμα 5. Μετατρέψτε τον αριθμό γραμμαρίων μιας ένωσης σε moles χρησιμοποιώντας τη γραμμομοριακή μάζα
Χρησιμοποιώντας τη γραμμομοριακή μάζα ως συντελεστή μετατροπής, μπορείτε να υπολογίσετε τον αριθμό των γραμμομορίων που υπάρχουν σε έναν δεδομένο αριθμό γραμμαρίων δείγματος. Διαιρέστε τον αριθμό των γραμμαρίων (g) της γνωστής ένωσης με τη μοριακή μάζα (g/mol). Ένας εύκολος τρόπος για να ελέγξετε τους υπολογισμούς σας είναι να βεβαιωθείτε ότι οι μονάδες ακυρώνουν η μία την άλλη και αφήνουν μόνο τους κρεατοελιές.
- Για παράδειγμα: πόσα moles υπάρχουν σε 8,2 γραμμάρια υδροχλωρίου (HCl);
- Η ατομική μάζα του Η είναι 1.0007 και το Cl είναι 35.453 άρα η γραμμομοριακή μάζα της ένωσης είναι 1.007 + 35.453 = 36.46 g/mol.
- Η διαίρεση του αριθμού γραμμαρίων της ένωσης με τη γραμμομοριακή μάζα δίνει: 8,2 g/(36,46 g/mol) = 0,225 mol HCl.
