نحوه انجام استوکیومتری (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: Jason Gerald | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-15 08:13

در یک واکنش شیمیایی ، ماده نه می تواند ایجاد شود و نه از بین برود ، بنابراین محصولات یک واکنش باید برابر با تعداد واکنش دهنده های واکنش باشد. استوکیومتری مطالعه رابطه کمی عناصر در واکنش است که شامل محاسبه جرم واکنش دهنده ها و محصولات موجود در آنها می شود. استوکیومتری ترکیبی از ریاضیات و شیمی است و بر اساس یک اصل ساده در بالا اعمال می شود که ماده هرگز در واکنش افزایش یا کاهش نمی یابد. اولین قدم برای حل هر مسئله شیمی ، ایجاد تعادل در معادلات است.

گام

قسمت 1 از 4: متعادل کردن معادلات شیمیایی

مرحله 1. تعداد اتم های تشکیل دهنده هر ترکیب را در دو طرف معادله بنویسید

معادلات شیمیایی می تواند به شما در شناسایی اتم های هر عنصر در واکنش کمک کند. در یک واکنش شیمیایی ، ماده نه می تواند ایجاد شود و نه از بین برود ، بنابراین اگر تعداد (و انواع) اتم های تشکیل دهنده در دو طرف معادله دقیقاً یکسان نباشد ، معادله ای نابرابر نامیده می شود.

فراموش نکنید که تعداد اتم ها را در ضریب یا عدد زیر خط ضرب کنید.
به عنوان مثال ، H.₂بنابراین₄ + Fe - Fe₂(بنابراین₄)₃ + ح₂
در سمت چپ (واکنش دهنده ها) معادله 2 H ، 1 S ، 4 O و 1 Fe وجود دارد.
در سمت راست (محصول) معادله 2 H ، 3 S ، 12 O و 2 Fe وجود دارد.

مرحله 2. ضرایبی را در مقابل عناصری غیر از اکسیژن و هیدروژن اضافه کنید تا هر دو طرف معادله متعادل شوند

کمترین مضرب مشترک عناصر غیر از اکسیژن و هیدروژن را پیدا کنید تا تعداد اتم ها در دو طرف معادله برابر شود.

به عنوان مثال ، کمترین مضرب مشترک (LCM) بین 2 و 1 برای Fe 2 است. بنابراین ، عدد 2 را در جلوی عنصر Fe در سمت چپ اضافه کنید تا متعادل شود.
LCM بین 3 و 1 برای عنصر S. 3 است. بنابراین ، عدد 3 را در مقابل ترکیب H اضافه کنید₂بنابراین₄ جهت تعادل بین راست و چپ معادله
در این مرحله ، معادله مثال بالا به صورت زیر خواهد بود: 3 H₂بنابراین₄ + 2 Fe - Fe₂(بنابراین₄)₃ + ح₂

مرحله 3. اتمهای هیدروژن و اکسیژن را متعادل کنید

آخرین تعداد اتمهای هیدروژن و اکسیژن متعادل است زیرا آنها به طور کلی در چندین مولکول در هر دو طرف معادله وجود دارند. در مرحله متعادل سازی این معادله ، محاسبه مجدد اتمها را پس از افزودن ضرایب در مقابل مولکولها فراموش نکنید.

در مثال اینجا ، عدد 3 را مقابل ترکیب H اضافه می کنیم₂بنابراین₄، بنابراین اکنون 6 اتم هیدروژن در سمت چپ وجود دارد ، اما فقط 2 اتم هیدروژن در سمت راست معادله وجود دارد. ما همچنین در حال حاضر 12 اتم اکسیژن در سمت چپ و 12 اتم اکسیژن در سمت راست داریم ، بنابراین اتم های اکسیژن معادل هستند.
با افزودن عدد 3 در مقابل H می توانیم اتم های هیدروژن را متعادل کنیم₂.
معادله نهایی پس از متعادل سازی 3 H است₂بنابراین₄ + 2 Fe - Fe₂(بنابراین₄)₃ + 3 ساعت₂.

مرحله 4. اتم های دو طرف معادله را بازگو کنید تا مطمئن شوید که یکسان هستند

پس از اتمام کار ، محاسبه مجدد و بررسی مجدد برابری گام درستی است. می توانید این کار را با جمع کردن تمام اتم های دو طرف معادله و اطمینان از یکسان بودن آنها انجام دهید.

دوباره تساوی معادله ما را بررسی کنید ، 3 ساعت₂بنابراین₄ + 2 Fe - Fe₂(بنابراین₄)₃ + 3 ساعت₂.
در سمت چپ فلش 6 H ، 3 S ، 12 O و 2 Fe قرار دارد.
در سمت راست پیکان 2 Fe ، 3 S ، 12 O و 6 H قرار دارد.
تعداد اتم ها در طرف راست و چپ دقیقاً یکسان است ، بنابراین این معادله از قبل معادل است.

قسمت 2 از 4: تبدیل گرم و مول

مرحله 1. جرم مولی جرم ترکیب داده شده را بر حسب گرم محاسبه کنید

جرم مولی تعداد گرم (گرم) در یک مول از ترکیب است. این واحد به شما امکان می دهد گرم و مول ترکیب را به راحتی تبدیل کنید. برای محاسبه جرم مولی ، باید بدانید چند مولکول عنصر در ترکیب و همچنین جرم اتمی هر عنصر در ترکیب وجود دارد.

تعداد اتم های هر عنصر در یک ترکیب را بیابید. به عنوان مثال ، گلوکز C است₆ح₁₂O₆، و از 6 اتم کربن ، 12 اتم هیدروژن و 6 اتم اکسیژن تشکیل شده است.
جرم اتمی را بر حسب گرم بر مول (g/mol) هر اتم بیابید. جرم اتمی عناصر تشکیل دهنده گلوکز عبارتند از: کربن ، 12.0107 g/mol. هیدروژن ، 1.007 گرم/مول ؛ و اکسیژن ، 159994 گرم در مول.
جرم هر اتم را بر تعداد اتم های موجود در ترکیب ضرب کنید. کربن: 12.0107 x 6 = 72.0642 گرم/مول ؛ هیدروژن: 1.007 12 12 = 12.084 گرم/مول ؛ اکسیژن: 15.9994 x 6 = 95.9964 g/mol.
مجموع تمام محصولات بالا جرم مولی ترکیب است. 72 ، 0642 + 12 ، 084 + 95 ، 9964 = 180 ، 1446 گرم/مول. یا به عبارت دیگر ، جرم یک مولکول گلوکز 180.14 گرم است.

مرحله 2. جرم یک ترکیب را با استفاده از جرم مولی به مول تبدیل کنید

از جرم مولی می توان به عنوان ضریب تبدیل استفاده کرد ، بنابراین می توانید تعداد مول را در تعداد معینی از گرم نمونه محاسبه کنید. جرم شناخته شده (g) را بر جرم مولی (g/mol) تقسیم کنید. یک راه آسان برای بررسی محاسبات این است که مطمئن شوید واحدها یکدیگر را لغو کرده و فقط خال ها را ترک می کنند.

به عنوان مثال: چند مول در 8.2 گرم کلرید هیدروژن (HCl) وجود دارد؟
جرم اتمی H 1.0007 و Cl 35.453 است بنابراین جرم مولی ترکیب فوق 1.007 + 35.453 = 36.46 گرم/مول است.
با تقسیم تعداد گرم ترکیب بر جرم مولی آن می توان به: 8.2 گرم در ((36.46 گرم در مول) = 0.225 مول HCl اشاره کرد.

مرحله 3. نسبت مولی بین واکنش دهنده ها را تعیین کنید

برای تعیین مقدار محصول تولید شده در واکنش ، باید نسبت مولی را تعیین کنید. نسبت مولی نسبت ترکیباتی است که با یکدیگر واکنش نشان می دهند و با ضرایب ترکیبات موجود در واکنش که معادل بوده اند نشان داده می شود.

به عنوان مثال ، نسبت مولی KClO چقدر است₃ با O₂ در واکنش 2 KClO₃ - 2 KCl + 3 O₂.
اول از همه ، از معادل بودن معادلات فوق اطمینان حاصل کنید. این مرحله را هرگز فراموش نکنید وگرنه نسبت مولی بدست آمده اشتباه خواهد بود. در این مثال ، مقدار هر عنصر در دو طرف معادله برابر است ، بنابراین واکنش متعادل است.
نسبت بین KClO₃ با O₂ 2/3 است می توانید هر عددی را در بالا و پایین قرار دهید ، به شرطی که نشان دهنده ترکیب مناسب در طول مشکل باشد.

مرحله 4. ضربدر را در نسبت مولی ضرب کنید تا تعداد مول واکنش دهنده دیگر را بیابید

برای محاسبه تعداد مولهای یک ترکیب تولید شده یا مورد نیاز در واکنش ، می توانید از نسبت مولی استفاده کنید. مشکلات شیمی معمولاً از شما می خواهد که تعداد خال های مورد نیاز یا تولید شده در واکنش از جرم (گرم) یک واکنش دهنده خاص را تعیین کنید.

به عنوان مثال ، در معادله واکنش N₂ + 3 ساعت₂ - 2 NH₃ چند مول NH₃ که از 3.00 گرم N حاصل می شود₂ که با H واکنش نشان می دهد₂ به مقدار کافی؟
در این مثال ، H.₂ در مقادیر کافی موجود است و برای حل مشکل مجبور نیستید آنها را بشمارید.
ابتدا واحدهای گرم N را تغییر دهید₂ خال باشد جرم اتمی نیتروژن 14.0067 گرم در مول است بنابراین جرم مولی آن N است₂ 28.0134 گرم بر مول است. تقسیم بین جرم و جرم مولی 3.00 گرم/28.0134 گرم بر مول = 0.107 مول خواهد داشت.
نسبت مسئله را محاسبه کنید: NH₃: N₂ = x/0 ، 107 مول.
Cross این نسبت را در نسبت مولی NH ضرب کنید₃ با N₂: 2: 1 x/0 ، 107 مول = 2/1 = (2 0 0 ، 107) = 1x = 0.214 مول

مرحله 5 این تعداد مول را با استفاده از جرم مولی ترکیب به جرم تبدیل کنید

شما دوباره از جرم مولی استفاده خواهید کرد ، اما در حال حاضر جرم مولی به عنوان یک ضرب برای بازگشت تعداد خال به گرم مورد نیاز است. مطمئن شوید که از جرم مولی صحیح این ترکیب استفاده می کنید.

جرم مولی NH₃ 17.028 گرم در مول است. بنابراین 0.214 مول x (17.028 گرم در مول) = 3.647 گرم NH₃.

قسمت 3 از 4: تبدیل لیتر گاز و مول

مرحله 1. مشخص کنید که آیا واکنش در فشار و دمای استاندارد (STP) در حال انجام است یا خیر

STP مجموعه شرایطی است که اجازه می دهد 1 مول گاز ایده آل حجم 22.414 لیتر (لیتر) را پر کند. دمای استاندارد 273 ، 15 کلوین (K) و فشار استاندارد 1 اتمسفر (اتمسفر) است.

به طور کلی ، در مشکلات بیان می شود که واکنش در 1 اتمسفر و 273 K یا در STP انجام می شود

مرحله 2. برای تبدیل تعداد لیتر گاز به مول گاز از ضریب تبدیل 22414 لیتر بر مول استفاده کنید

اگر واکنش تحت شرایط STP انجام شود ، می توانید از 22.414 لیتر بر مول برای محاسبه تعداد مول در حجم شناخته شده گاز استفاده کنید. حجم گاز (l) را بر این ضریب تبدیل تقسیم کنید تا تعداد مول را پیدا کنید.

به عنوان مثال ، برای تبدیل 3.2 لیتر N₂ گاز به مول: 3.2 لیتر/22 ، 414 لیتر/مول = 0.143 مول.

مرحله 3. در صورت عدم استفاده از شرایط STP ، از قانون گاز ایده آل برای تبدیل لیتر گاز استفاده کنید

اگر واکنش در مسئله تحت شرایط STP انجام نمی شود ، باید از قانون گاز ایده آل PV = nRT برای محاسبه تعداد مول در واکنش استفاده کنید. P فشار در واحدهای جوی است ، V حجم بر لیتر ، n تعداد مول ، R ثابت قانون گاز ، 0.0821 l-atm/mol-dere و T دما در درجه کلوین است.

این معادله را می توان برای محاسبه خال ها تغییر داد: n = RT/PV.
واحدهای ثابت گاز طوری طراحی شده اند که همه متغیرهای واحد دیگر را حذف کنند.
به عنوان مثال ، تعداد خال ها را در 2.4 لیتر O تعیین کنید₂ در 300 K و 1.5 اتمسفر. متغیرها را به معادله متصل می کنیم: n = (0.0821 x 300)/(1 ، 5 x 2) = 24 ، 63/3 ، 6 = 6 ، 842 مول O₂.

قسمت 4 از 4: تبدیل لیتر مایعات و مول

مرحله 1. چگالی مایع را محاسبه کنید

گاهی معادلات شیمیایی حجم واکنش دهنده مایع را به شما می دهند و از شما می خواهند تعداد گرم یا خال مورد نیاز برای واکنش را محاسبه کنید. برای تبدیل حجم مایع به گرم ، به چگالی مایع نیاز دارید. چگالی بر حسب واحد جرم/حجم بیان می شود.

اگر چگالی مشکل مشخص نیست ، ممکن است مجبور شوید آن را در کتاب درسی یا اینترنت جستجو کنید

مرحله 2. حجم را به میلی لیتر (میلی لیتر) تبدیل کنید

برای تبدیل حجم مایع به جرم (g) ، باید از چگالی آن استفاده کنید. چگالی بر حسب گرم در میلی لیتر (g/ml) بیان می شود ، بنابراین حجم یک مایع نیز باید بر حسب میلی لیتر برای محاسبه آن بیان شود.

حجم شناخته شده را بیابید. به عنوان مثال ، در مسئله بگویید که حجم H شناخته شده است₂O 1 لیتر است. برای تبدیل آن به میلی لیتر ، فقط باید آن را در 1000 ضرب کنید زیرا در 1 لیتر آب 1000 میلی لیتر وجود دارد.

مرحله 3. حجم را در چگالی ضرب کنید

هنگام ضرب حجم (میلی لیتر) در چگالی آن (گرم در میلی لیتر) ، واحد میلی لیتر از بین می رود و آنچه باقی می ماند تعداد گرم ترکیب است.

به عنوان مثال ، چگالی H₂O 18.0134 گرم در میلی لیتر است. اگر معادله شیمیایی می گوید 500 میلی لیتر H وجود دارد₂O ، تعداد گرم در ترکیب 500 میلی لیتر در 18.0134 گرم در میلی لیتر یا 9006 ، 7 گرم است.

مرحله 4. جرم مولی واکنش دهنده ها را محاسبه کنید

جرم مولی تعداد گرم (گرم) در یک مول از ترکیب است. این واحد به شما امکان می دهد واحدهای گرم و خال را در یک ترکیب تغییر دهید. برای محاسبه جرم مولی ، باید تعداد مولکولهای یک عنصر در یک ترکیب و همچنین جرم اتمی هر عنصر در ترکیب را تعیین کنید.

تعداد اتم های هر عنصر در یک ترکیب را تعیین کنید. به عنوان مثال ، گلوکز C است₆ح₁₂O₆، و از 6 اتم کربن ، 12 اتم هیدروژن و 6 اتم اکسیژن تشکیل شده است.
جرم اتمی را بر حسب گرم بر مول (g/mol) هر اتم بیابید. جرم اتمی عناصر موجود در گلوکز عبارتند از: کربن ، 12.0107 g/mol. هیدروژن ، 1.007 گرم/مول ؛ و اکسیژن ، 159994 گرم در مول.
جرم اتمی هر عنصر را در تعداد اتم های موجود در ترکیب ضرب کنید. کربن: 12.0107 x 6 = 72.0642 گرم/مول ؛ هیدروژن: 1.007 12 12 = 12.084 گرم/مول ؛ اکسیژن: 15.9994 x 6 = 95.9964 g/mol.
نتایج ضرب را در بالا اضافه کنید تا جرم مولی ترکیب بدست آید که 72 ، 0642 + 12 ، 084 + 95 ، 9964 = 180 ، 1446 گرم در مول است. بنابراین ، جرم یک مول گلوکز 180.14 گرم است.

مرحله 5. تعداد گرم یک ترکیب را با استفاده از جرم مولی به مول تبدیل کنید

با استفاده از جرم مولی به عنوان ضریب تبدیل ، می توانید تعداد مولهای موجود در تعداد معینی از گرم نمونه را محاسبه کنید. تعداد گرم (g) ترکیب شناخته شده را بر جرم مولی (g/mol) تقسیم کنید. یک راه آسان برای بررسی محاسبات این است که مطمئن شوید واحدها یکدیگر را لغو کرده و فقط خال ها را ترک می کنند.

به عنوان مثال: چند مول در 8.2 گرم کلرید هیدروژن (HCl) وجود دارد؟
جرم اتمی H 1.0007 و Cl 35.453 است بنابراین جرم مولی این ترکیب 1.007 + 35.453 = 36.46 گرم در مول است.
با تقسیم تعداد گرم ترکیب بر جرم مولی می توان به: 8.2 گرم در ((36.46 گرم در مول) = 0.225 مول HCl اشاره کرد.