Hoe stoichiometrie te doen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: Jason Gerald | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-15 08:20

In een chemische reactie kan materie niet worden gemaakt of vernietigd, dus de producten van een reactie moeten gelijk zijn aan het aantal reactanten in de reactie. Stoichiometrie is de studie van de kwantitatieve relatie van de elementen in een reactie, waarbij de massa van de reactanten en producten daarin wordt berekend. Stoichiometrie is een combinatie van wiskunde en scheikunde en wordt toegepast op basis van één eenvoudig principe hierboven, namelijk dat materie nooit toeneemt of afneemt in een reactie. De eerste stap bij het oplossen van een chemisch probleem is om de vergelijkingen in evenwicht te brengen.

Stap

Deel 1 van 4: Chemische vergelijkingen in evenwicht brengen

Stap 1. Noteer het aantal atomen waaruit elke verbinding bestaat aan beide zijden van de vergelijking

Chemische vergelijkingen kunnen u helpen de atomen van elk element in een reactie te identificeren. In een chemische reactie kan materie niet worden gecreëerd of vernietigd, dus een vergelijking is ongelijk als het aantal (en typen) samenstellende atomen aan beide zijden van de vergelijking niet precies hetzelfde is.

• Vergeet niet het aantal atomen te vermenigvuldigen met de coëfficiënt of het getal onder de lijn als je er een hebt.
• H. bijvoorbeeld₂DUS₄ + Fe - Fe₂(DUS₄)₃ + H₂
• Aan de linkerkant (reactanten) van de vergelijking zijn er 2 H, 1 S, 4 O en 1 Fe.
• Aan de rechterkant (product) van de vergelijking zijn er 2 H, 3 S, 12 O en 2 Fe.

Stap 2. Voeg coëfficiënten toe voor andere elementen dan zuurstof en waterstof om beide kanten van de vergelijking in evenwicht te brengen

Zoek het kleinste gemene veelvoud van andere elementen dan zuurstof en waterstof om het aantal atomen aan beide kanten van de vergelijking gelijk te maken.

• Het kleinste gemene veelvoud (LCM) tussen 2 en 1 is bijvoorbeeld 2 voor Fe. Voeg dus het getal 2 toe voor het Fe-element aan de linkerkant om het in evenwicht te brengen.
• De LCM tussen 3 en 1 is 3 voor het element S. Voeg dus het getal 3 toe voor de verbinding H₂DUS₄ om de rechter- en linkerkant van de vergelijking in evenwicht te brengen.
• In dit stadium is de vergelijking van het bovenstaande voorbeeld: 3 H₂DUS₄ + 2 Fe - Fe₂(DUS₄)₃ + H₂

Stap 3. Breng de waterstof- en zuurstofatomen in evenwicht

Het aantal waterstof- en zuurstofatomen is als laatste in evenwicht omdat ze over het algemeen aanwezig zijn in verschillende moleculen aan beide kanten van de vergelijking. Vergeet bij de balanceringsstap van deze vergelijking niet om de atomen opnieuw te berekenen nadat je de coëfficiënten voor de moleculen hebt toegevoegd.

• In het voorbeeld hier voegen we het getal 3 toe voor de verbinding H₂DUS₄, dus nu zijn er 6 waterstofatomen aan de linkerkant, maar slechts 2 waterstofatomen aan de rechterkant van de vergelijking. We hebben momenteel ook 12 zuurstofatomen aan de linkerkant en 12 zuurstofatomen aan de rechterkant, dus de zuurstofatomen zijn equivalent.
• We kunnen de waterstofatomen in evenwicht brengen door het getal 3 voor H. te plaatsen₂.
• De uiteindelijke vergelijking na balanceren is 3 H₂DUS₄ + 2 Fe - Fe₂(DUS₄)₃ + 3 H₂.

Stap 4. Tel de atomen aan beide kanten van de vergelijking om er zeker van te zijn dat ze hetzelfde aantal hebben

Eenmaal gedaan, herbereken en controleer nogmaals of de gelijkheid de juiste stap is. Je kunt dit doen door alle atomen aan beide kanten van de vergelijking bij elkaar op te tellen en ervoor te zorgen dat ze hetzelfde zijn.

• Controleer nogmaals de gelijkheid van onze vergelijking, 3 H₂DUS₄ + 2 Fe - Fe₂(DUS₄)₃ + 3 H₂.
• Aan de linkerkant van de pijl staan 6 H, 3 S, 12 O en 2 Fe.
• Aan de rechterkant van de pijl staan 2 Fe, 3 S, 12 O en 6 H.
• Het aantal atomen aan de rechter- en linkerkant is exact hetzelfde, dus deze vergelijking is al equivalent.

Deel 2 van 4: Gram en mol converteren

Stap 1. Bereken de molaire massa van de massa van de gegeven verbinding in gram

Molaire massa is het aantal gram (g) in één mol van een verbinding. Met deze eenheid kunt u gemakkelijk gram en mol van een verbinding omrekenen. Om de molaire massa te berekenen, moet u weten hoeveel moleculen van het element zich in de verbinding bevinden, evenals de atomaire massa van elk element in de verbinding.

• Zoek het aantal atomen van elk element in een verbinding. Glucose is bijvoorbeeld C₆H₁₂O₆, en is samengesteld uit 6 koolstofatomen, 12 waterstofatomen en 6 zuurstofatomen.
• Ontdek de atoommassa in gram per mol (g/mol) van elk atoom. De atoommassa's van de elementen waaruit glucose bestaat, zijn: koolstof, 12.0107 g/mol; waterstof, 1,007 g/mol; en zuurstof, 15.9994 g/mol.
• Vermenigvuldig de massa van elk atoom met het aantal atomen dat in de verbinding aanwezig is. Koolstof: 12,0107 x 6 = 72,0642 g/mol; waterstof: 1.007 x 12 = 12.084 g/mol; zuurstof: 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
• De som van alle bovenstaande producten is de molaire massa van de verbinding. 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Of met andere woorden, de massa van één glucosemolecuul is 180,14 gram.

Stap 2. Zet de massa van een verbinding om in mol met behulp van de molaire massa

Molaire massa kan als conversiefactor worden gebruikt, zodat u het aantal mol in een bepaald aantal grammen monster kunt berekenen. Deel de bekende massa (g) door de molaire massa (g/mol). Een gemakkelijke manier om uw berekeningen te controleren, is ervoor te zorgen dat de eenheden elkaar opheffen en alleen de moedervlekken achterlaten.

• Bijvoorbeeld: hoeveel mol zit er in 8,2 gram waterstofchloride (HCl)?
• De atoommassa van H is 1.0007 en Cl is 35,453, dus de molaire massa van de bovenstaande verbinding is 1,007 + 35,453 = 36,46 g/mol.
• Het aantal grammen van de verbinding delen door zijn molaire massa geeft: 8,2 g / (36,46 g/mol) = 0,225 mol HCl.

Stap 3. Bepaal de molaire verhouding tussen de reactanten

Om de hoeveelheid product die bij een reactie wordt geproduceerd te bepalen, moet u de molaire verhouding bepalen. De molaire verhouding is de verhouding van de verbindingen die met elkaar reageren, en wordt aangegeven door de coëfficiënten van de verbindingen in de reactie die equivalent zijn geweest.

• Wat is bijvoorbeeld de molaire verhouding van KClO₃ met O₂ in de reactie van 2 KClO₃ - 2 KCl + 3 O₂.
• Zorg er allereerst voor dat de bovenstaande vergelijkingen equivalent zijn. Vergeet deze stap nooit, anders is de verkregen molverhouding verkeerd. In dit voorbeeld zijn de hoeveelheden van elk element aan beide kanten van de vergelijking gelijk, dus de reactie is in evenwicht.
• De verhouding tussen KClO₃ met O₂ is 2/3. U kunt elk nummer boven en onder plaatsen, zolang het maar de juiste verbinding in het hele probleem vertegenwoordigt.

Stap 4. Vermenigvuldig het kruis met de molverhouding om het aantal mol van de andere reactant te vinden

Om het aantal mol van een verbinding te berekenen dat wordt geproduceerd of nodig is in een reactie, kunt u de molverhouding gebruiken. Chemische problemen zullen u meestal vragen om het aantal mol te bepalen dat nodig is of wordt geproduceerd in een reactie op basis van de massa (gram) van een bepaalde reactant.

• Bijvoorbeeld in de reactievergelijking N₂ + 3 H₂ - 2 NH₃ hoeveel mol NH₃ wat zou resulteren uit 3,00 gram N₂ die reageert met H₂ in voldoende hoeveelheid?
• In dit voorbeeld H₂ beschikbaar in voldoende hoeveelheden en je hoeft ze niet te tellen om het probleem op te lossen.
• Verander eerst de eenheden van gram N₂ mollen zijn. De atomaire massa van stikstof is 14.0067 g/mol, dus de molaire massa is N₂ bedraagt 28,0134 g/mol. De verdeling tussen massa en molmassa geeft 3,00 g/28.0134 g/mol = 0,107 mol.
• Bereken de verhouding in het probleem: NH₃: N₂ = x/0, 107 mol.
• Vermenigvuldig deze verhouding met de molverhouding van NH₃ met N₂: 2:1 x/0, 107 mol = 2/1 = (2 x 0, 107) = 1x = 0,214 mol.

Stap 5. Converteer dit aantal mol terug naar massa met behulp van de molaire massa van de verbinding

Je gebruikt de molaire massa opnieuw, maar nu is de molaire massa nodig als vermenigvuldiger om het aantal mol terug te brengen naar gram. Zorg ervoor dat u de juiste molaire massa van de verbinding gebruikt.

Molaire massa NH₃ bedraagt 17,028 g/mol. Dus 0,214 mol x (17.028 gram/mol) = 3,647 gram NH₃.

Deel 3 van 4: Liters gas en mol omzetten

Stap 1. Zoek uit of de reactie plaatsvindt bij standaard druk en temperatuur (STP)

STP is het geheel van omstandigheden waarbij 1 mol van een ideaal gas een volume van 22,414 liter (l) kan vullen. De standaardtemperatuur is 273, 15 Kelvin (K) en de standaarddruk is 1 atmosfeer (atm).

In het algemeen zal bij problemen worden gesteld dat de reactie plaatsvindt bij 1 atm en 273 K, of in STP

Stap 2. Gebruik de conversiefactor van 22.414 l/mol om het aantal liters gas om te rekenen naar mol gas

Als de reactie plaatsvindt onder STP-omstandigheden, kun je 22,414 l/mol gebruiken om het aantal mol in een bekend gasvolume te berekenen. Deel het gasvolume (l) door deze conversiefactor om het aantal mol te vinden.

Om bijvoorbeeld 3,2 liter N. om te zetten₂ gas naar mol: 3,2 l/22, 414 l/mol = 0,143 mol.

Stap 3. Gebruik de ideale gaswet om liters gas om te zetten, zo niet onder STP-omstandigheden

Als de reactie in het probleem niet plaatsvindt onder STP-omstandigheden, moet je de ideale gaswet PV = nRT gebruiken om het aantal mol in een reactie te berekenen. P is de druk in atmosferische eenheden, V is het volume in liters, n is het aantal mol, R is de gaswetconstante, 0,0821 l-atm/mol-graden en T is de temperatuur in graden Kelvin.

• Deze vergelijking kan worden herschikt om mollen te berekenen, om te worden: n = RT/PV.
• De eenheden van de gasconstante zijn ontworpen om alle andere eenheidsvariabelen te elimineren.
• Bepaal bijvoorbeeld het aantal mol in 2,4 liter O₂ bij 300 K en 1,5 atm. Als we de variabelen in de vergelijking invoegen, krijgen we: n = (0,0821 x 300)/(1, 5 x 2) = 24, 63/3, 6 = 6, 842 mol O₂.

Deel 4 van 4: Liters vloeistoffen en mol omzetten

Stap 1. Bereken de dichtheid van de vloeistof

Soms geven chemische vergelijkingen u het volume vloeibare reactant en vragen ze u om het aantal grammen of mollen te berekenen dat nodig is voor de reactie. Om het volume van een vloeistof om te rekenen naar grammen, heb je de dichtheid van de vloeistof nodig. Dichtheid wordt uitgedrukt in eenheden van massa/volume.

Als de dichtheid in het probleem niet bekend is, moet je het misschien opzoeken in een leerboek of op internet

Stap 2. Converteer het volume naar milliliter (ml)

Om het volume van een vloeistof om te zetten in massa (g), moet je de dichtheid gebruiken. Dichtheid wordt uitgedrukt in gram per milliliter (g/ml), dus het volume van een vloeistof moet ook in milliliter worden uitgedrukt om het te berekenen.

Ontdek het bekende volume. Laten we bijvoorbeeld in het probleem zeggen dat het volume van H. bekend is₂O is 1 liter. Om het om te rekenen naar ml, hoef je het alleen maar met 1000 te vermenigvuldigen, want er zit 1000 ml in 1 liter water.

Stap 3. Vermenigvuldig het volume met de dichtheid

Wanneer het volume (ml) wordt vermenigvuldigd met de dichtheid (g/ml), gaan de ml-eenheden verloren en blijft het aantal grammen van de verbinding over.

Bijvoorbeeld de dichtheid H₂O is 18,0134 g/ml. Als de chemische vergelijking zegt dat er 500 ml H. is₂O, het aantal gram in de verbinding is 500 ml x 18,0134 g/ml of 9006, 7 g.

Stap 4. Bereken de molaire massa van de reactanten

Molaire massa is het aantal gram (g) in één mol van een verbinding. Met deze eenheid kunt u de eenheden van gram en mol in een verbinding wijzigen. Om de molaire massa te berekenen, moet u bepalen hoeveel moleculen van het element zich in een verbinding bevinden, evenals de atomaire massa van elk element in de verbinding.

• Bepaal het aantal atomen van elk element in een verbinding. Glucose is bijvoorbeeld C₆H₁₂O₆, en is samengesteld uit 6 koolstofatomen, 12 waterstofatomen en 6 zuurstofatomen.
• Ontdek de atoommassa in gram per mol (g/mol) van elk atoom. De atoommassa's van de elementen in glucose zijn: koolstof, 12.0107 g/mol; waterstof, 1,007 g/mol; en zuurstof, 15.9994 g/mol.
• Vermenigvuldig de atoommassa van elk element met het aantal atomen dat in de verbinding aanwezig is. Koolstof: 12,0107 x 6 = 72,0642 g/mol; waterstof: 1.007 x 12 = 12.084 g/mol; zuurstof: 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
• Voeg de bovenstaande vermenigvuldigingsresultaten toe om de molaire massa van de verbinding te krijgen, die 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol is. Dus de massa van één mol glucose is 180,14 gram.

Stap 5. Zet het aantal grammen van een verbinding om in mol met behulp van de molmassa

Door de molaire massa als conversiefactor te gebruiken, kunt u het aantal mol in een bepaald aantal grammen monster berekenen. Deel het aantal gram (g) van de bekende verbinding door de molmassa (g/mol). Een gemakkelijke manier om uw berekeningen te controleren, is ervoor te zorgen dat de eenheden elkaar opheffen en alleen de moedervlekken achterlaten.

• Bijvoorbeeld: hoeveel mol zit er in 8,2 gram waterstofchloride (HCl)?
• De atoommassa van H is 1.0007 en Cl is 35,453, dus de molaire massa van de verbinding is 1,007 + 35,453 = 36,46 g/mol.
• Het aantal grammen van de verbinding delen door de molmassa geeft: 8,2 g/(36,46 g/mol) = 0,225 mol HCl.