In una reazione chimica, la materia non può essere né creata né distrutta, quindi i prodotti di una reazione devono essere uguali al numero di reagenti nella reazione. La stechiometria è lo studio della relazione quantitativa degli elementi in una reazione, che comporta il calcolo della massa dei reagenti e dei prodotti in essi contenuti. La stechiometria è una combinazione di matematica e chimica e viene applicata in base a un semplice principio sopra, che la materia non aumenta o diminuisce mai in una reazione. Il primo passo per risolvere qualsiasi problema di chimica è bilanciare le equazioni.
Fare un passo
Parte 1 di 4: Bilanciamento delle equazioni chimiche
Passaggio 1. Annota il numero di atomi che compongono ciascun composto su entrambi i lati dell'equazione
Le equazioni chimiche possono aiutarti a identificare gli atomi di ciascun elemento in una reazione. In una reazione chimica, la materia non può essere né creata né distrutta, quindi un'equazione è detta diseguale se il numero (e i tipi) degli atomi costituenti su entrambi i lati dell'equazione non sono esattamente gli stessi.
- Non dimenticare di moltiplicare il numero di atomi per il coefficiente o per il numero sotto la linea se ne hai uno.
- Ad esempio, H2COSÌ4 + Fe - Fe2(COSÌ4)3 + H2
- A sinistra (reagenti) dell'equazione ci sono 2 H, 1 S, 4 O e 1 Fe.
- Sul lato destro (prodotto) dell'equazione ci sono 2 H, 3 S, 12 O e 2 Fe.
Passaggio 2. Aggiungi coefficienti davanti a elementi diversi da ossigeno e idrogeno per bilanciare entrambi i lati dell'equazione
Trova il minimo comune multiplo di elementi diversi da ossigeno e idrogeno per equalizzare il numero di atomi su entrambi i lati dell'equazione.
- Ad esempio, il minimo comune multiplo (LCM) tra 2 e 1 è 2 per Fe. Quindi, aggiungi il numero 2 davanti all'elemento Fe sul lato sinistro per bilanciarlo.
- Il LCM tra 3 e 1 è 3 per l'elemento S. Quindi, aggiungi il numero 3 davanti al composto H2COSÌ4 per bilanciare i lati destro e sinistro dell'equazione.
- A questo punto, l'equazione dell'esempio sopra sarà: 3 H2COSÌ4 + 2 Fe - Fe2(COSÌ4)3 + H2
Passaggio 3. Bilanciare gli atomi di idrogeno e ossigeno
Il numero di atomi di idrogeno e di ossigeno è bilanciato per ultimo perché sono generalmente presenti in diverse molecole su entrambi i lati dell'equazione. Nella fase di bilanciamento di questa equazione, non dimenticare di ricalcolare gli atomi dopo aver aggiunto i coefficienti davanti alle molecole.
- Nell'esempio qui, aggiungiamo il numero 3 davanti al composto H2COSÌ4, quindi ora ci sono 6 atomi di idrogeno sul lato sinistro, ma solo 2 atomi di idrogeno sul lato destro dell'equazione. Attualmente abbiamo anche 12 atomi di ossigeno sul lato sinistro e 12 atomi di ossigeno sul lato destro, quindi gli atomi di ossigeno sono equivalenti.
- Possiamo bilanciare gli atomi di idrogeno aggiungendo il numero 3 davanti a H2.
- L'equazione finale dopo il bilanciamento è 3 H2COSÌ4 + 2 Fe - Fe2(COSÌ4)3 + 3 H2.
Passaggio 4. Conta gli atomi su entrambi i lati dell'equazione per assicurarti che siano lo stesso numero
Una volta fatto, ricalcolare e ricontrollare l'uguaglianza è il passo giusto. Puoi farlo sommando tutti gli atomi su entrambi i lati dell'equazione e assicurandoti che siano gli stessi.
- Ricontrolla l'uguaglianza della nostra equazione, 3 H2COSÌ4 + 2 Fe - Fe2(COSÌ4)3 + 3 H2.
- Sul lato sinistro della freccia ci sono 6 H, 3 S, 12 O e 2 Fe.
- Sul lato destro della freccia ci sono 2 Fe, 3 S, 12 O e 6 H.
- Il numero di atomi sui lati destro e sinistro è esattamente lo stesso, quindi questa equazione è già equivalente.
Parte 2 di 4: conversione di grammi e moli
Passaggio 1. Calcola la massa molare della massa del composto dato in grammi
La massa molare è il numero di grammi (g) in una mole di un composto. Questa unità consente di convertire facilmente grammi e moli di un composto. Per calcolare la massa molare, devi sapere quante molecole dell'elemento ci sono nel composto, così come la massa atomica di ciascun elemento nel composto.
- Trova il numero di atomi di ciascun elemento in un composto. Ad esempio, il glucosio è C6h12oh6, ed è composto da 6 atomi di carbonio, 12 atomi di idrogeno e 6 atomi di ossigeno.
- Trova la massa atomica in grammi per mole (g/mol) di ciascun atomo. Le masse atomiche degli elementi che compongono il glucosio sono: carbonio, 12.0107 g/mol; idrogeno, 1,007 g/mole; e ossigeno, 15,9994 g/mol.
- Moltiplica la massa di ciascun atomo per il numero di atomi presenti nel composto. Carbonio: 12.0107 x 6 = 72.0642 g/mol; idrogeno: 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; ossigeno: 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
- La somma di tutti i prodotti di cui sopra è la massa molare del composto. 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. O in altre parole, la massa di una molecola di glucosio è 180,14 grammi.
Passaggio 2. Converti la massa di un composto in moli usando la massa molare
La massa molare può essere utilizzata come fattore di conversione, in modo da poter calcolare il numero di moli in un dato numero di grammi di campione. Dividere la massa nota (g) per la massa molare (g/mol). Un modo semplice per controllare i tuoi calcoli è assicurarti che le unità si annullino a vicenda e lascino solo le talpe.
- Ad esempio: quante moli ci sono in 8,2 grammi di acido cloridrico (HCl)?
- La massa atomica di H è 1.0007 e Cl è 35,453 quindi la massa molare del composto di cui sopra è 1,007 + 35,453 = 36,46 g/mol.
- Dividendo il numero di grammi del composto per la sua massa molare si ottiene: 8,2 g / (36,46 g/mol) = 0,225 mol HCl.
Passaggio 3. Determinare il rapporto molare tra i reagenti
Per determinare la quantità di prodotto prodotto in una reazione, è necessario determinare il rapporto molare. Il rapporto molare è il rapporto dei composti che reagiscono tra loro, ed è indicato dai coefficienti dei composti nella reazione che sono stati equivalenti.
- Ad esempio, qual è il rapporto molare di KClO3 con O2 nella reazione di 2 KClO3 - 2 KCl + 3 O2.
- Prima di tutto, assicurati che le equazioni di cui sopra siano equivalenti. Non dimenticare mai questo passaggio o il rapporto molare ottenuto sarà sbagliato. In questo esempio, le quantità di ciascun elemento su entrambi i lati dell'equazione sono uguali, quindi la reazione è bilanciata.
- Il rapporto tra KClO3 con O2 è 2/3. Puoi inserire qualsiasi numero sopra e sotto, purché rappresenti il composto appropriato in tutto il problema.
Passaggio 4. Moltiplicare la croce per il rapporto molare per trovare il numero di moli dell'altro reagente
Per calcolare il numero di moli di un composto prodotto o richiesto in una reazione, è possibile utilizzare il rapporto molare. I problemi di chimica di solito ti chiederanno di determinare il numero di moli necessarie o prodotte in una reazione dalla massa (grammi) di un determinato reagente.
- Ad esempio, nell'equazione di reazione N2 + 3 H2 - 2 NH3 quante moli di NH3 che risulterebbe da 3,00 grammi di N2 che reagisce con H2 in quantità sufficiente?
- In questo esempio, H2 disponibili in quantità sufficienti e non è necessario contarli per risolvere il problema.
- Innanzitutto, cambia le unità di grammi N2 essere talpe. La massa atomica dell'azoto è 14,0067 g/mol quindi la massa molare è N2 è 28,0134 g/mol. La divisione tra massa e massa molare darà 3,00 g/28.0134 g/mol = 0,107 mol.
- Calcola il rapporto nel problema: NH3: N2 = x/0, 107 moli.
- Cross moltiplica questo rapporto per il rapporto molare di NH3 con N2: 2:1 x/0, 107 moli = 2/1 = (2 x 0, 107) = 1x = 0,214 moli.
Passaggio 5. Converti questo numero di moli in massa usando la massa molare del composto
Utilizzerai di nuovo la massa molare, ma ora la massa molare è necessaria come moltiplicatore per riportare il numero di moli in grammi. Assicurati di utilizzare la massa molare corretta del composto.
Massa molare NH3 è 17,028 g/mol. Quindi 0,214 moli x (17.028 grammi/mol) = 3.647 grammi di NH3.
Parte 3 di 4: Conversione di litri di gas e moli
Passaggio 1. Scopri se la reazione sta avvenendo a pressione e temperatura standard (STP)
STP è l'insieme delle condizioni che consentono a 1 mole di un gas ideale di riempire un volume di 22,414 litri (l). La temperatura standard è 273, 15 Kelvin (K) e la pressione standard è 1 atmosfera (atm).
Generalmente nei problemi si dirà che la reazione avviene a 1 atm e 273 K, ovvero in STP
Passaggio 2. Utilizzare il fattore di conversione di 22.414 l/mol per convertire il numero di litri di gas in moli di gas
Se la reazione avviene in condizioni STP, è possibile utilizzare 22,414 l/mol per calcolare il numero di moli in un volume noto di gas. Dividere il volume di gas (l) per questo fattore di conversione per trovare il numero di moli.
Ad esempio, per convertire 3,2 litri di N2 gas in moli: 3,2 l/22, 414 l/mol = 0,143 mol.
Passaggio 3. Utilizzare la legge del gas ideale per convertire litri di gas se non in condizioni STP
Se la reazione nel problema non avviene in condizioni STP, è necessario utilizzare la legge dei gas ideali PV = nRT per calcolare il numero di moli in una reazione. P è la pressione in unità atmosferiche, V è il volume in litri, n è il numero di moli, R è la costante della legge dei gas, 0,0821 l-atm/mol-gradi e T è la temperatura in gradi Kelvin.
- Questa equazione può essere riorganizzata per calcolare le moli, per diventare: n = RT/PV.
- Le unità della costante del gas sono progettate per eliminare tutte le altre variabili unitarie.
- Ad esempio, determinare il numero di moli in 2,4 litri di O2 a 300 K e 1,5 atm. Inserendo le variabili nell'equazione si ottiene: n = (0,0821 x 300)/(1, 5 x 2) = 24, 63/3, 6 = 6, 842 moli O2.
Parte 4 di 4: conversione di litri di liquidi e moli
Passaggio 1. Calcolare la densità del liquido
A volte, le equazioni chimiche ti danno il volume del reagente liquido e ti chiedono di calcolare il numero di grammi o moli necessari per la reazione. Per convertire il volume di un liquido in grammi, è necessaria la densità del liquido. La densità è espressa in unità di massa/volume.
Se la densità è sconosciuta nel problema, potrebbe essere necessario cercarla in un libro di testo o su Internet
Passaggio 2. Converti il volume in millilitri (ml)
Per convertire il volume di un liquido in massa (g), è necessario utilizzare la sua densità. La densità è espressa in grammi per millilitro (g/ml), quindi anche il volume di un liquido deve essere espresso in millilitri per calcolarlo.
Scopri il volume conosciuto. Ad esempio, supponiamo nel problema che il volume di H. sia noto2O è 1 litro. Per convertirlo in ml basta moltiplicarlo per 1000 perché ci sono 1000 ml in 1 litro d'acqua.
Passaggio 3. Moltiplicare il volume per la densità
Quando si moltiplica il volume (ml) per la sua densità (g/ml), le unità ml vengono perse e ciò che rimane è il numero di grammi del composto.
Ad esempio, la densità H2O è 18,0134 g/ml. Se l'equazione chimica dice che ci sono 500 ml di H2O, il numero di grammi nel composto è 500 ml x 18,0134 g/ml o 9006, 7 g.
Passaggio 4. Calcolare la massa molare dei reagenti
La massa molare è il numero di grammi (g) in una mole di un composto. Questa unità consente di modificare le unità di grammi e moli in un composto. Per calcolare la massa molare, è necessario determinare quante molecole dell'elemento ci sono in un composto, nonché la massa atomica di ciascun elemento nel composto.
- Determinare il numero di atomi di ciascun elemento in un composto. Ad esempio, il glucosio è C6h12oh6, ed è composto da 6 atomi di carbonio, 12 atomi di idrogeno e 6 atomi di ossigeno.
- Trova la massa atomica in grammi per mole (g/mol) di ciascun atomo. Le masse atomiche degli elementi in glucosio sono: carbonio, 12.0107 g/mol; idrogeno, 1,007 g/mole; e ossigeno, 15,9994 g/mol.
- Moltiplica la massa atomica di ciascun elemento per il numero di atomi presenti nel composto. Carbonio: 12.0107 x 6 = 72.0642 g/mol; idrogeno: 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; ossigeno: 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
- Aggiungi i risultati della moltiplicazione sopra per ottenere la massa molare del composto, che è 72, 0642 + 12, 084 + 95, 9964 = 180, 1446 g/mol. Quindi, la massa di una mole di glucosio è 180,14 grammi.
Passaggio 5. Convertire il numero di grammi di un composto in moli usando la massa molare
Utilizzando la massa molare come fattore di conversione, è possibile calcolare il numero di moli presenti in un dato numero di grammi di campione. Dividere il numero di grammi (g) del composto noto per la massa molare (g/mol). Un modo semplice per controllare i tuoi calcoli è assicurarti che le unità si annullino a vicenda e lascino solo le talpe.
- Ad esempio: quante moli ci sono in 8,2 grammi di acido cloridrico (HCl)?
- La massa atomica di H è 1.0007 e Cl è 35,453 quindi la massa molare del composto è 1,007 + 35,453 = 36,46 g/mol.
- Dividendo il numero di grammi del composto per la massa molare si ottiene: 8,2 g/(36,46 g/mol) = 0,225 mol HCl.
