5.4: Моль в хімічних реакціях

Last updated
Save as PDF

Page ID: 22513

Anonymous
LibreTexts

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

Цілі навчання

Збалансувати хімічне рівняння через молі.
Використовуйте збалансоване рівняння для побудови коефіцієнтів перетворення через молі.
Обчислити молі однієї речовини з родимок іншої речовини за допомогою збалансованого хімічного рівняння.

Розглянемо це збалансоване хімічне рівняння:

\[\ce{2H2 + O2 → 2H2O}\nonumber \]

Ми інтерпретуємо це як «дві молекули водню реагують з однією молекулою кисню, утворюючи дві молекули води». Хімічне рівняння збалансоване до тих пір, поки коефіцієнти знаходяться в співвідношенні 2:1: 2. Наприклад, це хімічне рівняння також збалансоване:

\[\ce{100H2 + 50O2 → 100H2O}\nonumber \]

Це рівняння не є умовним, оскільки конвенція говорить, що ми використовуємо найнижче співвідношення коефіцієнтів - але воно збалансоване. Так виглядає це хімічне рівняння:

\[\ce{5,000 H2 + 2,500 O2 → 5,000H2O}\nonumber \]

Знову ж таки, це не умовно, але все ж збалансовано. Припустимо, ми використовуємо набагато більшу кількість:

\[12.044 \times 10^{23} \ce{H2} + 6.022 \times 10^{23} \ce{O2} → 12.044 \times 10^{23} \ce{H2O}\nonumber \]

Ці коефіцієнти також знаходяться в співвідношенні 2:1:2. Але ці цифри пов'язані з кількістю речей у крота: перше і останнє числа - це дворазове число Авогадро, тоді як друге число - число Авогадро. Це означає, що перше і останнє числа представляють 2 моль, тоді як середнє число - всього 1 моль. Ну, чому б просто не використати кількість молів при балансуванні хімічного рівняння?

\[\ce{2H2 + O2 → 2H2O}\nonumber \]

це те саме збалансоване хімічне рівняння, з якого ми почали! Це означає, що хімічні рівняння не просто збалансовані з точки зору молекул; вони також збалансовані з точки зору родимок. Ми можемо так само легко прочитати це хімічне рівняння, як «два молі водню реагують з одним молем кисню, щоб зробити два молі води». Всі збалансовані хімічні реакції збалансовані з точки зору родимок.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Інтерпретуйте це збалансоване хімічне рівняння через молі.

\[\ce{P4 + 5O2 → P4O10}\nonumber \]

Рішення

Коефіцієнти представляють кількість молів, які реагують, а не тільки молекул. Ми б говорили про це рівняння як «один моль молекулярного фосфору реагує з п'ятьма молями елементарного кисню, щоб зробити один моль декоксиду тетрафосфору».

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Інтерпретуйте це збалансоване хімічне рівняння через молі.

\[\ce{N2 + 3H2 → 2NH3}\nonumber \]

Відповідь: Один моль елементарного азоту реагує з трьома молями елементарного водню, утворюючи два молі аміаку.

У розділі 4.1 ми заявили, що хімічне рівняння - це просто рецепт хімічної реакції. Таким чином, хімічні рівняння також дають нам еквіваленти - еквіваленти між реагентами та продуктами. Однак тепер ми розуміємо, що ці еквіваленти виражаються в терміні родимок. Розглянемо хімічне рівняння

\[\ce{2H2 + O2 → 2H2O} \nonumber \nonumber \]

Ця хімічна реакція дає нам такі еквіваленти:

2 моль Н ₂ ⇔ 1 моль О ₂ ⇔ 2 моль H ₂ O

Будь-які дві з цих величин можуть бути використані для побудови коефіцієнта перетворення, який дозволяє співвідносити кількість молів однієї речовини з еквівалентною кількістю молей іншої речовини. Якщо, наприклад, ми хочемо знати, скільки молів кисню буде реагувати з 17,6 моль водню, ми будуємо коефіцієнт перетворення між 2 моль H ₂ і 1 моль O ₂ і використовуємо його для перетворення з молів однієї речовини в молі іншої:

\[17.6\cancel{mol\, H_{2}}\times \frac{1\, mol\, O_{2}}{2\cancel{mol\, H_{2}}}=8.80\, mol\, O_{2}\nonumber \]

Зверніть увагу, як моль H ₂ одиниця скасовується, а моль O ₂ - це нова одиниця, введена. Це приклад розрахунку моль-моль, коли ви починаєте з молей однієї речовини і перетворюєте в молі іншої речовини за допомогою збалансованого хімічного рівняння. Приклад може здатися простим, оскільки цифри невеликі, але цифри не завжди будуть такими простими!

Приклад\(\PageIndex{2}\)

Для збалансованого хімічного рівняння

\[\ce{2C4H10(g) + 13O2 → 8CO2(g) + 10H2O(ℓ)}\nonumber \]

якщо реагують 154 моль О ₂, скільки родимок СО ₂ виробляється?

Рішення

Ми пов'язуємо кількість кисню з кількістю вуглекислого газу, тому нам потрібна еквівалентність між цими двома речовинами. Відповідно до збалансованого хімічного рівняння еквівалентність дорівнює

13 моль О ₂ ⇔ 8 моль СО ₂

Ми можемо використовувати цю еквівалентність для побудови належного коефіцієнта перетворення. Починаємо з того, що нам дають і застосовуємо коефіцієнт перетворення:

\[154\cancel{mol\, O_{2}}\times \frac{8\, mol\, CO_{2}}{13\cancel{mol\, O_{2}}}=94.8\, mol\, CO_{2}\nonumber \]

Одиниця моль O ₂ знаходиться в знаменнику коефіцієнта перетворення, тому вона скасовує. І 8, і 13 є точними числами, тому вони не сприяють кількості значущих цифр в остаточній відповіді.

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Використовуючи вищевказане рівняння, скільки молів H ₂ O утворюється при реагуванні 154 моль О ₂?

Відповідь: 118 моль

Важливо повторити, що збалансовані хімічні рівняння збалансовані з точки зору молів. Не грами, кілограми чи літри - а родимки. Будь-яка проблема стехіометрії, швидше за все, доведеться працювати через моль блок в якийсь момент, особливо якщо ви працюєте зі збалансованою хімічною реакцією.

Резюме

Збалансовані хімічні реакції збалансовані з точки зору родимок. Збалансована хімічна реакція дає еквіваленти у родимок, які дозволяють виконувати розрахунки стехіометрії.