Com fer estequiometria (amb imatges)

2024 Autora: Jason Gerald | [email protected]. Última modificació: 2024-01-15 08:11

En una reacció química, la matèria no es pot crear ni destruir, de manera que els productes d’una reacció han de ser iguals al nombre de reactius de la reacció. L’estoquiometria és l’estudi de la relació quantitativa dels elements d’una reacció, que consisteix a calcular la massa dels reactius i dels productes que hi ha. L'estoquiometria és una combinació de matemàtiques i química i s'aplica sobre la base d'un principi simple anterior, que la matèria mai no augmenta ni disminueix en una reacció. El primer pas per resoldre qualsevol problema químic és equilibrar les equacions.

Pas

Part 1 de 4: Equilibrar equacions químiques

Pas 1. Escriviu el nombre d’àtoms que formen cada compost a banda i banda de l’equació

Les equacions químiques us poden ajudar a identificar els àtoms de cada element en una reacció. En una reacció química, la matèria no es pot crear ni destruir, de manera que es diu que una equació és desigual si el nombre (i els tipus) d’àtoms constituents a banda i banda de l’equació no són exactament iguals.

• No oblideu multiplicar el nombre d’àtoms pel coeficient o el nombre per sota de la línia si en teniu.
• Per exemple, H₂TAN₄ + Fe - Fe₂(TAN₄)₃ + H₂
• Al costat esquerre (reactius) de l’equació hi ha 2 H, 1 S, 4 O i 1 Fe.
• Al costat dret (producte) de l’equació hi ha 2 H, 3 S, 12 O i 2 Fe.

Pas 2. Afegiu coeficients davant d’elements diferents de l’oxigen i l’hidrogen per equilibrar els dos costats de l’equació

Trobeu el múltiple mínim comú d’elements diferents de l’oxigen i l’hidrogen per igualar el nombre d’àtoms a banda i banda de l’equació.

• Per exemple, el mínim comú múltiple (MCM) entre 2 i 1 és 2 per a Fe. Per tant, afegiu el número 2 davant de l’element Fe del costat esquerre per equilibrar-lo.
• El MCM entre 3 i 1 és 3 per a l'element S. Per tant, afegiu el número 3 davant del compost H₂TAN₄ per equilibrar els costats dret i esquerre de l’equació.
• En aquesta etapa, l’equació de l’exemple anterior serà: 3 H₂TAN₄ + 2 Fe - Fe₂(TAN₄)₃ + H₂

Pas 3. Equilibri els àtoms d’hidrogen i oxigen

El nombre d’àtoms d’hidrogen i oxigen s’equilibra per última vegada perquè generalment estan presents en diverses molècules a banda i banda de l’equació. Al pas d’equilibri d’aquesta equació, no oblideu tornar a calcular els àtoms després d’haver afegit els coeficients davant de les molècules.

• A l'exemple aquí, afegim el número 3 davant del compost H₂TAN₄, de manera que ara hi ha 6 àtoms d'hidrogen al costat esquerre, però només 2 àtoms d'hidrogen al costat dret de l'equació. Actualment també tenim 12 àtoms d’oxigen al costat esquerre i 12 àtoms d’oxigen al costat dret, de manera que els àtoms d’oxigen són equivalents.
• Podem equilibrar els àtoms d’hidrogen afegint el número 3 davant de H₂.
• L’equació final després de l’equilibri és de 3 H₂TAN₄ + 2 Fe - Fe₂(TAN₄)₃ + 3 H₂.

Pas 4. Torneu a explicar els àtoms dels dos costats de l’equació per assegurar-vos que siguin el mateix nombre

Un cop fet, torneu a calcular i comproveu que la igualtat és el pas correcte. Podeu fer-ho sumant tots els àtoms dels dos costats de l’equació i assegurant-vos que siguin iguals.

• Comproveu de nou la igualtat de la nostra equació, 3 H₂TAN₄ + 2 Fe - Fe₂(TAN₄)₃ + 3 H₂.
• Al costat esquerre de la fletxa hi ha 6 H, 3 S, 12 O i 2 Fe.
• A la part dreta de la fletxa hi ha 2 Fe, 3 S, 12 O i 6 H.
• El nombre d’àtoms dels costats dret i esquerre és exactament el mateix, de manera que aquesta equació ja és equivalent.

Part 2 de 4: Conversió de Grams i Mol

Pas 1. Calculeu la massa molar de la massa del compost donat en grams

La massa molar és el nombre de grams (g) d’un mol d’un compost. Aquesta unitat us permet convertir fàcilment grams i mols d’un compost. Per calcular la massa molar, heu de saber quantes molècules de l’element hi ha al compost, així com la massa atòmica de cada element del compost.

• Trobeu el nombre d’àtoms de cada element d’un compost. Per exemple, la glucosa és C₆H₁₂O₆, i està compost per 6 àtoms de carboni, 12 àtoms d'hidrogen i 6 àtoms d'oxigen.
• Esbrineu la massa atòmica en grams per mol (g / mol) de cada àtom. Les masses atòmiques dels elements que formen la glucosa són: carboni, 12,0107 g / mol; hidrogen, 1,007 g / mol; i oxigen, 15.9994 g / mol.
• Multiplicar la massa de cada àtom pel nombre d’àtoms presents en el compost. Carboni: 12,0107 x 6 = 72,0642 g / mol; hidrogen: 1,007 x 12 = 12,084 g / mol; oxigen: 15,9994 x 6 = 95,9964 g / mol.
• La suma de tots els productes anteriors és la massa molar del compost. 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g / mol. O dit d’una altra manera, la massa d’una molècula de glucosa és de 180,14 grams.

Pas 2. Converteix la massa d'un compost en mols mitjançant la massa molar

La massa molar es pot utilitzar com a factor de conversió, de manera que podeu calcular el nombre de mols en un nombre determinat de grams de mostra. Divideix la massa coneguda (g) per la massa molar (g / mol). Una manera senzilla de comprovar els vostres càlculs és assegurar-vos que les unitats s’anul·len mútuament i deixin només els talps.

• Per exemple: quants mols hi ha en 8,2 grams de clorur d’hidrogen (HCl)?
• La massa atòmica de H és 1.0007 i Cl és 35.453, de manera que la massa molar del compost anterior és 1.007 + 35.453 = 36,46 g / mol.
• Dividint el nombre de grams del compost per la seva massa molar es dóna: 8,2 g / (36,46 g / mol) = 0,225 mol HCl.

Pas 3. Determineu la relació molar entre els reactius

Per determinar la quantitat de producte produït en una reacció, heu de determinar la relació molar. La relació molar és la proporció dels compostos que reaccionen entre si, i s’indica pels coeficients dels compostos de la reacció que han estat equivalents.

• Per exemple, quina és la relació molar de KClO₃ amb O₂ en la reacció de 2 KClO₃ - 2 KCl + 3 O₂.
• Primer de tot, assegureu-vos que les equacions anteriors siguin equivalents. No oblideu mai aquest pas o la relació molar obtinguda serà incorrecta. En aquest exemple, les quantitats de cada element a banda i banda de l’equació són iguals, de manera que la reacció és equilibrada.
• La relació entre KClO₃ amb O₂ és 2/3. Podeu posar qualsevol número per sobre i per sota, sempre que representi el compost adequat al llarg del problema.

Pas 4. Multipliqueu la creu per la relació molar per trobar el nombre de mols de l’altre reactiu

Per calcular el nombre de mols d’un compost produït o necessari en una reacció, podeu utilitzar la relació molar. Els problemes químics solen demanar-vos que determineu el nombre de mols necessaris o produïts en una reacció a partir de la massa (grams) d’un determinat reactiu.

• Per exemple, a l’equació de reacció N₂ + 3 H₂ - 2 NH₃ quants mols de NH₃ que resultaria de 3,00 grams de N₂ que reacciona amb H₂ en quantitat suficient?
• En aquest exemple, H₂ disponibles en quantitats suficients i no les heu de comptar per resoldre el problema.
• En primer lloc, canvieu les unitats de grams N₂ ser talps. La massa atòmica de nitrogen és de 14.0067 g / mol, de manera que la massa molar és N₂ és de 28,0134 g / mol. La divisió entre massa i massa molar donarà 3,00 g / 28,0134 g / mol = 0,107 mol.
• Calculeu la proporció del problema: NH₃: N₂ = x / 0, 107 mols.
• Multiplicar aquesta relació per la relació molar de NH₃ amb N₂: 2: 1 x / 0, 107 mols = 2/1 = (2 x 0, 107) = 1x = 0,214 moles.

Pas 5. Torneu a convertir aquest nombre de mols en massa mitjançant la massa molar del compost

Tornareu a utilitzar la massa molar, però ara la massa molar és necessària com a multiplicador per retornar el nombre de mols a grams. Assegureu-vos d’utilitzar la massa molar correcta del compost.

Massa molar NH₃ és de 17,028 g / mol. Així doncs, 0,214 moles x (17.028 grams / mol) = 3.647 grams de NH₃.

Part 3 de 4: Conversió de litres de gas i mol

Pas 1. Esbrineu si la reacció té lloc a pressió i temperatura estàndard (STP)

STP és el conjunt de condicions que permeten a 1 mol d’un gas ideal omplir un volum de 22.414 litres (l). La temperatura estàndard és de 273, 15 Kelvin (K) i la pressió estàndard és d’1 atmosfera (atm).

Generalment, en els problemes es dirà que la reacció té lloc a 1 atm i 273 K, o en STP

Pas 2. Utilitzeu el factor de conversió de 22.414 l / mol per convertir el nombre de litres de gas en mols de gas

Si la reacció té lloc en condicions STP, podeu utilitzar 22.414 l / mol per calcular el nombre de mols en un volum de gas conegut. Dividiu el volum de gas (l) per aquest factor de conversió per trobar el nombre de mols.

Per exemple, per convertir 3,2 litres de N₂ gas a mols: 3,2 l / 22, 414 l / mol = 0,143 mol.

Pas 3. Utilitzeu la llei del gas ideal per convertir litres de gas si no en condicions STP

Si la reacció del problema no té lloc en condicions STP, heu d’utilitzar la llei del gas ideal PV = nRT per calcular el nombre de mols en una reacció. P és la pressió en unitats atmosfèriques, V és el volum en litres, n és el nombre de mols, R és la constant de la llei del gas, 0,0821 l-atm / mol-graus i T és la temperatura en graus Kelvin.

• Aquesta equació es pot reordenar per calcular mols i convertir-se en: n = RT / PV.
• Les unitats de la constant de gas estan dissenyades per eliminar totes les altres variables d’unitat.
• Per exemple, determineu el nombre de mols en 2,4 litres d’O₂ a 300 K i 1,5 atm. Si connectem les variables a l’equació, obtenim: n = (0,0821 x 300) / (1, 5 x 2) = 24, 63/3, 6 = 6, 842 mols O₂.

Part 4 de 4: Conversió de litres de líquids i mol

Pas 1. Calculeu la densitat del líquid

De vegades, les equacions químiques us proporcionen el volum de reactiu líquid i us demanen que calculeu el nombre de grams o mols necessaris per a la reacció. Per convertir el volum d’un líquid en grams, cal la densitat del líquid. La densitat s’expressa en unitats de massa / volum.

Si es desconeix la densitat del problema, és possible que hagueu de buscar-la en un llibre de text o a Internet

Pas 2. Converteix el volum a mil·lilitres (ml)

Per convertir el volum d’un líquid en massa (g), n’heu d’utilitzar la densitat. La densitat s’expressa en grams per mil·lilitre (g / ml), de manera que el volum d’un líquid també s’ha d’expressar en mil·lilitres per calcular-lo.

Esbrineu el volum conegut. Per exemple, diguem en el problema que es coneix el volum de H.₂O és 1 litre. Per convertir-lo en ml, només cal multiplicar-lo per 1000 perquè hi ha 1000 ml en 1 litre d’aigua.

Pas 3. Multiplicar el volum per la densitat

En multiplicar el volum (ml) per la seva densitat (g / ml), es perden les unitats de ml i el que queda és el nombre de grams del compost.

Per exemple, la densitat H₂O és 18,0134 g / ml. Si l’equació química diu que hi ha 500 ml d’H₂O, el nombre de grams del compost és de 500 ml x 18,0134 g / ml o 9006,7 g.

Pas 4. Calculeu la massa molar dels reactius

La massa molar és el nombre de grams (g) d’un mol d’un compost. Aquesta unitat us permet canviar les unitats de grams i mols d’un compost. Per calcular la massa molar, heu de determinar quantes molècules de l’element hi ha en un compost, així com la massa atòmica de cada element del compost.

• Determineu el nombre d’àtoms de cada element d’un compost. Per exemple, la glucosa és C₆H₁₂O₆, i està compost per 6 àtoms de carboni, 12 àtoms d'hidrogen i 6 àtoms d'oxigen.
• Esbrineu la massa atòmica en grams per mol (g / mol) de cada àtom. Les masses atòmiques dels elements de la glucosa són: carboni, 12,0107 g / mol; hidrogen, 1,007 g / mol; i oxigen, 15.9994 g / mol.
• Multiplicar la massa atòmica de cada element pel nombre d’àtoms presents en el compost. Carboni: 12,0107 x 6 = 72,0642 g / mol; hidrogen: 1,007 x 12 = 12,084 g / mol; oxigen: 15,9994 x 6 = 95,9964 g / mol.
• Afegiu els resultats de multiplicació anteriors per obtenir la massa molar del compost, que és 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g / mol. Per tant, la massa d’un mol de glucosa és de 180,14 grams.

Pas 5. Converteix el nombre de grams d’un compost en mols utilitzant la massa molar

Utilitzant la massa molar com a factor de conversió, podeu calcular el nombre de mols presents en un nombre determinat de grams de mostra. Divideix el nombre de grams (g) del compost conegut per la massa molar (g / mol). Una manera senzilla de comprovar els vostres càlculs és assegurar-vos que les unitats s’anul·len mútuament i deixin només els talps.

• Per exemple: quants mols hi ha en 8,2 grams de clorur d’hidrogen (HCl)?
• La massa atòmica de H és 1.0007 i Cl és 35.453, de manera que la massa molar del compost és 1.007 + 35.453 = 36,46 g / mol.
• Dividint el nombre de grams del compost per la massa molar es dóna: 8,2 g / (36,46 g / mol) = 0,225 mol HCl.