6.3: Відносини кротів та хімічні рівняння

Цілі навчання

• Використовувати збалансовану хімічну реакцію для визначення молярних взаємозв'язків між речовинами.

Раніше ви навчилися збалансувати хімічні рівняння, порівнюючи числа кожного типу атома в реагентах і продуктах. Коефіцієнти перед хімічними формулами представляють числа молекул або формульних одиниць (в залежності від типу речовини). Тут ми розширимо значення коефіцієнтів в хімічному рівнянні.

Розглянемо просте хімічне рівняння

$$\ce{2H_2 + O_2 → 2H_2O}\nonumber$$

Угода для написання збалансованих хімічних рівнянь полягає у використанні найнижчого співвідношення цілих чисел для коефіцієнтів. Однак рівняння збалансоване до тих пір, поки коефіцієнти знаходяться в співвідношенні 2:1: 2. Наприклад, це рівняння також збалансовано, якщо ми запишемо його як

$$\ce{4H_2 + 2O_2 → 4H_2O}\nonumber$$

Співвідношення коефіцієнтів дорівнює 4:2:4, яке зменшується до 2:1:2. Рівняння також збалансоване, якщо ми повинні були записати його як

$$\ce{22H_2 + 11O_2 → 22H_2O}\nonumber$$

тому що 22:11:22 також зменшується до 2:1: 2.

Припустимо, ми хочемо використовувати більші числа. Розглянемо наступні коефіцієнти:

$$12.044 \times 10^{23}\; H_2 + 6.022 \times 10^{23}\; O_2 → 12.044 \times 10^{23}\; H_2O\nonumber$$

Ці коефіцієнти також мають співвідношення 2:1: 2 (перевірте його і дивіться), тому це рівняння збалансовано. Але 6.022 × 10 ²³ - 1 моль, тоді як 12.044 × 10 ²³ - 2 моль (і число написано таким чином, щоб зробити це більш очевидним), тому ми можемо спростити цю версію рівняння, написавши його як

$$\ce{2 \;mol\; H_2 + 1\; mol\; O_2 → 2 \;mol\; H_2O}\nonumber$$

Ми можемо залишити слово моль і не писати коефіцієнт 1 (як це наша звичка), тому остаточна форма рівняння, все ще збалансована, є

$$\ce{2H_2 + O_2 → 2H_2O}\nonumber$$

Тепер ми інтерпретуємо коефіцієнти як посилання на молярні суми, а не окремі молекули. Урок? Збалансовані хімічні рівняння збалансовані не тільки на молекулярному рівні, а й за молярними кількостями реагентів і продуктів. Таким чином, ми можемо прочитати цю реакцію як «два молі водню реагують з одним молем кисню, утворюючи два молі води».

2 молекули Н ₂ 1 молекула O ₂ 2 молекули H ₂ O

2 родимки Н ₂ 1 моль О ₂ 2 молі Н ₂ О

2 х 2,02 г = 4,04 г Н ₂ 32,0 г О ₂ х 18,02 г = 36,04 г Н ₂ О

Малюнок$\PageIndex{1}$: Це подання виробництва води з кисню і водню показує кілька способів інтерпретації кількісної інформації про хімічну реакцію.

Таким же чином, співвідношення, які ми побудували для опису реакції молекул, також можуть бути побудовані з точки зору молів, а не молекул. Для реакції, в якій водень і кисень об'єднуються, щоб зробити воду, наприклад, ми можемо побудувати наступні співвідношення:

$$\mathrm{\dfrac{2\: mol\: H_2}{1\: mol\: O_2}\: or\: \dfrac{1\: mol\: O_2}{2\: mol\: H_2}}\nonumber$$

$$\mathrm{\dfrac{2\: mol\: H_2O}{1\: mol\: O_2}\: or\: \dfrac{1\: mol\: O_2}{2\: mol\: H_2O}}\nonumber$$

$$\mathrm{\dfrac{2\: mol\: H_2}{2\: mol\: H_2O}\: or\: \dfrac{2\: mol\: H_2O}{2\: mol\: H_2}}\nonumber$$

Ми можемо використовувати ці співвідношення, щоб визначити, яка кількість речовини, в молі, буде реагувати з або виробляти задану кількість молів іншої речовини. Вивчення числових взаємозв'язків між реагентами і продуктами в збалансованих хімічних реакціях називається стехіометрією. Співвідношення коефіцієнтів в збалансованому хімічному рівнянні, що використовується при розрахунках, що стосуються кількості реагентів і продуктів, називається стехіометричним коефіцієнтом.

Приклад$\PageIndex{1}$

Скільки молів кисню реагують з воднем з отриманням 27,6 моль Н ₂ О? Збалансоване рівняння виглядає наступним чином:

$$\ce{2H2 + O2 -> 2H2O} \nonumber \nonumber$$

Рішення

Оскільки ми маємо справу з кількостями H ₂ O та O ₂, ми будемо використовувати стехіометричне співвідношення, яке пов'язує ці дві речовини. Оскільки нам дано кількість Н ₂ О і хочемо визначити кількість O ₂, ми будемо використовувати співвідношення, яке має H ₂ O в знаменнику (так воно скасовує) і O ₂ в чисельнику (так воно вводиться у відповідь). Таким чином,

$\mathrm{27.6\: mol\: H_2O\times\dfrac{1\: mol\: O_2}{2\: mol\: H_2O}=13.8\: mol\: O_2}$

На отримання 27,6 моль Н ₂ О реагують 13,8 моль О ₂.

Вправа$\PageIndex{1}$

Використовуючи 2H ₂ + O ₂ → 2H ₂ O, скільки молів водню реагують з 3,07 моль кисню для отримання Н ₂ О?

Відповідь

$\mathrm{3.07\: mol\: O_2\times\dfrac{2\: mol\: H_2}{1\: mol\: O_2}=6.14\: mol\: H_2}$

Ключ на винос

• Збалансована хімічна реакція може бути використана для визначення молярних взаємозв'язків між речовинами.