Кроти
- Page ID
- 24760
Навички для розвитку
- Визначаємо родимку
- Відрізнити теоретичну прибутковість від фактичної
Молі - це зручна одиниця, яка використовується в хімії для перетворення між кількістю речовини в грамах і числом атомів або молекул. Це корисно, оскільки ми зазвичай вимірюємо, скільки молекули використовується або виробляється в реакції, масажуючи її, але, як показує хімічне рівняння, реакція відбудеться між атомами або молекулами. Наприклад, припустимо, ми з'єднаємо 1,0 г оксиду кальцію (СаО) з 1,0 г води (Н 2 О). Продукт, який ми отримуємо, - це Са (OH) 2. Ось рівняння:
\[CaO(s) + H_{2}O(l) \rightarrow Ca(OH)_{2}(s\; or\; aq)\]
Це збалансовано. Таким чином, кожна молекула води реагує з однією одиницею формули CaO (це не називається молекулою, оскільки це іонне тверде тіло, і кожен іон Ca 2+ оточений іонами оксиду, з якими він взаємодіє однаково). Скільки гідроксиду кальцію виробляється цією реакцією? Після того, як весь один реагент буде використаний, все, що залишилося від іншого, перестане реагувати через закон певних пропорцій: ми не будемо змінювати співвідношення O:H: Ca в продукті. Отже, ми отримаємо твердий гідроксид кальцію з оксидом кальцію, що залишився, або у нас залишиться вода, і таким чином отримаємо Ca (OH) 2 (aq)? Щоб відповісти на це питання, ми можемо перетворити обидві маси (по 1 г кожної) на кількість молекул або ваги формули, але це було б незручно, оскільки число було б дуже великим!
Замість цього використовуємо кротів. Крот (абревіатура: моль) - це як пара, що означає 2 чогось. Ви можете мати пару людей, пару яблук, що завгодно. Крот - це 6.022 х 10 23 чогось. Це зручна величина, оскільки вона перетворює amu (атомні одиниці маси) в грами. Атомна маса вуглецю становить (в середньому) 12,011 аму/атом. Це також 12,011г/моль. Іншими словами, 1г = 6,02 х 10 23 аму. Зазвичай моль речовини - це корисна, практична кількість, десь між кількома грамами і кількома кг. Кількість речей у крота, 6.022 х 10 23, називається числом Авогадро, а скорочено N A. Він названий на честь Авогадро, вченого, який запропонував, щоб літр будь-якого газу при однаковій температурі і тиску мав однакову кількість молекул в ньому. Підсумовуємо:
1 моль [речі] = N А речі = 6,022 х 10 23 речі
Отже, спосіб відповісти на запитання вище - перетворити обидві величини на молі. Максимальна кількість продукту, яке може утворитися - менша кількість родимок. Вага формули - це всього лише сума атомних ваг.
\[(1.0\; \cancel{ g\; CaO}) \left(\dfrac{1\; \cancel{mol\; CaO}}{56.08\; \cancel{ g\; CaO}}\right) \left(\dfrac{10^{3}\; mmol\; CaO}{1\; \cancel{mol\; CaO}}\right) = 17.8\; mmol\; CaO\]
\[(1.0\; \cancel{ g\; H_{2}O}) \left(\dfrac{1\; \cancel{mol\; H_{2}O}}{18.01\; \cancel{ g\; H_{2}O}}\right) \left(\dfrac{10^{3}\; mmol\; H_{2}O}{1\; \cancel{mol\; H_{2}O}}\right)= 55.5\; mmol\; H_{2}O\]
Після того, як ми зробимо 17,8 ммоль (мілімоль) Ca (OH) 2, ми будемо використовувати всі CaO, так що реакція не буде тривати. Максимальна кількість Ca (OH) 2, яке можна зробити, становить 17,8 ммоль. Якби ми хотіли знати теоретичний вихід (максимальну масу продукту) Ca (OH) 2, ми могли б зробити це в одноетапному розрахунку, як це:
\[(1.0\; \cancel{ g\; CaO}) \left(\dfrac{1\; \cancel{mol\; CaO}}{56.08\; \cancel{ g\; CaO}}\right)\left(\dfrac{1 \; \cancel{mol\; Ca(OH)_{2}}}{1 \; \cancel{mol\; CaO}}\right) \left(\dfrac{74.09\; g\; Ca(OH)_{2}}{1\; \cancel{ mol\; Ca(OH)_{2}}}\right) = 1.3\; g\; Ca(OH)_{2}\]
Тут ми знали, що граничним реагентом (або обмежуючим реагентом), який є реагентом, який закінчиться першим, є CaO, оскільки маси однакові, коефіцієнти в рівнянні однакові, а вага формули СаО більша за молекулярну масу води. Отже, починаємо з граничної маси реагенту, перетворюємо її в молі (використовуючи 1 моль = 56,08 г), потім «перетворюємо» між молями СаО і молями Са (ОН) 2 за допомогою коефіцієнтів з збалансованого рівняння (1 моль СаО виробляє 1 моль Ca (OH) 2), потім перетворюємо в g Са (ОН) 2 ( за допомогою 1 моль = 74,09 г). Це лише приклад використання розмірного аналізу для перетворення одиниць. Ми перевіряємо, щоб переконатися, що ми завжди множимо на 1 (тому що 1 моль СаО = 56г СаО, так (1 моль СаО/56 г СаО) =1), і що одиниці скасовують, щоб залишити правильні кінцеві одиниці (g Ca (OH) 2), і ми можемо бути впевнені, що ми отримали це правильно.
Ось трохи складніший приклад. Цього разу ми додаємо 2,0 г води до 2,5 г Li 2 O. Це дасть LiOH як основний продукт. Що є найбільш LiOH (в г), що може бути вироблено, також називається теоретичним виходом?
Щоб відповісти, спочатку нам потрібно написати і збалансувати хімічне рівняння. Це буде виглядати дуже схоже на попередній, тому що це аналогічна реакція.
\[Li_{2}O(s) + H_{2}O(l) \rightarrow 2LiOH(s\; or\; aq)\]
Що є обмежуючим реагентом? Ваги формули складають 18,01 г і 29,88 м Вода все ще в надлишку, а значить, вона залишиться. Ось перетворення одиниць:
\[(2.5\; \cancel{ g\; Li_{2}O}) \left(\dfrac{1\; \cancel{mol\; Li_{2}O}}{29.88\; \cancel{ g\; Li_{2}O}}\right)\left(\dfrac{2 \; \cancel{mol\; LiOH}}{1 \; \cancel{mol\; Li_{2}O}}\right) \left(\dfrac{23.95\; g\; LiOH}{1\; \cancel{ mol\; LiOH}}\right) = 4.0\; g\; LiOH\]
Примітка
Цього разу ми використовували 1 моль Li 2 O, виробляючи 2 моль LiOH, використовуючи коефіцієнти з збалансованого рівняння.
Зовнішні посилання
- Академія Хана: Номер крота та Авогадро (10 хв)
- Академія Хана: Молекулярні та емпіричні формули (15 хв)
- Хімія аварійного курсу: стехіометрія (13 хв)