6.2: Молярна стехіометрія в хімічних рівняннях

Last updated
Save as PDF

Page ID: 18124

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Якби ми описували реакцію металу натрію з газом хлору в молярному вираженні, ми б сказали, що два молі металу натрію з'єднуються з одним молем Cl ₂, щоб дати два молі хлориду натрію. Що стосується маси, то два молі натрію, що мають загальну масу 45,98 грам, вступали б у реакцію з одним молем хлорного газу (маса 70,90 грам), щоб дати два молі хлориду натрію, загалом 275,9 грам продукту. Так само молярну стехіометрію для розкладання перекису водню (H ₂ O ₂) з утворенням кисню та води можна описати просто як дві молі H _{2 O ₂} розкладаються, утворюючи один моль кисневий газ і два молі води.

\[2 H_2O_2 (aq) \rightarrow O_2 (g) + 2 H_2O (l) \nonumber \]

Стехіометричні коефіцієнти для цієї реакції дають нам ключову інформацію про взаємозв'язок між молярними кількостями реагентів і продуктів, але в реальному світі ми не завжди будемо працювати рівно з двома молями перекису водню. Що робити, якщо ви хочете знати, скільки газу кисню буде утворюватися при розкладанні 0,28 моля H ₂ _{O 2}? Одним із способів вирішення цього типу проблеми є використання інструменту, який ми назвемо шляхом реакції. Шляхи реакції - це свого роду проста карта стехіометрії реакції, яка використовує стрілки, щоб показати взаємозв'язок між реагентами та продуктами.

Використовуючи алгоритм заданого find-ratio, який ми ввели ще в главі 1, якби нам дали моль реагент і ми хотіли знайти моль продукт, ми могли б встановити просте рівняння наступним чином:

\[(\text{mol product})=\cancel{(\text{mol reactant})} \left ( \dfrac{\text{mol product}}{ \cancel{\text{mol reactant}}}\right ) \nonumber \]

Одиниці моль реагент скасовують, щоб дати розчин в моль продукту. Якби нам дали моль продукт і ми хотіли знайти моль реагент, ми б встановили рівняння наступним чином, щоб одиниці правильно скасували:

\[(\text{mol reactant})=\cancel{(\text{mol product})} \left ( \dfrac{\text{mol reactant}}{\cancel{\text{mol product}}}\right ) \nonumber \]

Цей основний підхід може бути використаний для вирішення будь-якого молярного (маси або газу) перетворення на основі збалансованого хімічного рівняння, якщо ви обережні, щоб встановити співвідношення так, щоб одиниці скасували, даючи вам бажане рішення з відповідними одиницями. Як приклад повернемося до питання про розкладання Н ₂ О ₂. Якщо розкласти 0,28 моль Н ₂ О ₂, згідно з рівнянням, наведеним нижче, скільки молів газоподібного кисню (О ₂) буде утворено?

\[\left ( \dfrac{1\; mol\; O_{2}}{2\; mol\; H_{2}O_{2}}\right ) \nonumber \]

Ми встановили задачу для розв'язання мольного добутку; загальне рівняння таке:

\[(molproduct)=(molreactant)\left ( \frac{molproduct}{molreactant}\right ) \nonumber \]

Стехіометричний моль співвідношення встановлюється так, що моль реагент скасовує, даючи розчин в моль продукту. Замінюючи,

\[(x\, molO_{2})=(0.28\, mol\; H_{2}O_{2})\times \left ( \frac{1\; mol\; O_{2}}{2\; mol\; H_{2}O_{2}}\right )=0.14\, mol\; O_{2} \nonumber \]

Таким чином, при розкладанні 0,28 моль Н ₂ О ₂ буде вироблятися 0,14 моль продукту, газу кисню (О ₂).

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Оксид заліза (III) реагує з газом водню з утворенням елементарного заліза та води, відповідно до збалансованого рівняння, показаного нижче. Скільки молей заліза буде утворюватися від відновлення надлишку оксиду заліза (III) на 0,58 моля газоподібного водню?
При взаємодії нечистої проби, що містить невідому кількість Fe ₂ O ₃, з надлишком газоподібного водню, утворюються 0,16 моль твердого Fe. Скільки родимок Fe ₂ O ₃ було в оригінальному зразку?

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Аміак виробляють промисловим шляхом з азоту і водню за рівнянням:

\[N_2 + 3 H_2 \rightarrow 2 NH_3 \nonumber \]

Якщо вам дають 6,2 моль азоту, скільки моль аміаку ви могли б виробити?
Скільки молів водню потрібно було б повною мірою вступити в реакцію з 6,2 молями азоту?
Якби ви хотіли виробляти 11 молів аміаку, скільки молів азоту вам потрібно було б почати?