Як зробити стехіометрію

Всі хімічні реакції (а, отже, і всі хімічні рівняння) повинні бути збалансовані. Матерія не може бути створена або зруйнована, тому продукти, що виходять в результаті реакції повинні бути еквівалентні речовин, що вступили в реакцію, незважаючи на те, що вони будь-яким способом перебудовуються. Стехиометрія - це спеціальний навик, який використовують хіміки, щоб переконатися, що реакція ідеально збалансована. Стехиометрія - наполовину математика, наполовину хімія, - заснована на одному простому принципі: речовина ніколи не втрачається і не додається протягом реакції. Дивись Крок 1, щоб почати!

кроки

• 2
  Використовуйте коефіцієнти для позначення різного кількості молекул в рівнянні. У прикладі, наведеному вище, всі наші реагенти і продукти знаходяться в співвідношенні 1: 1. Тобто, ми використовуємо одиницю кожного реагенту для отримання одиниці кожного продукту. Тим не менш, це не завжди так. Іноді, наприклад, рівняння буде містити більшу кількість будь-якого реагенту або продукту - фактично, це зовсім не рідкість для кожної речовини в рівнянні використовуватися більше одного разу. Щоб передати це, ми використовуємо коефіцієнти - цілі числа перед нашими реагентами або продуктами. Коефіцієнти показують кількість кожної відповідної молекули, виробленої (або спожитої) в ході реакції.
• Для прикладу розглянемо рівняння згоряння метану: CH₄ + 2O₂ CO₂ + 2H₂O. відзначте коефіцієнти "2" перед O₂ і H₂O. Дане хімічне рівняння говорить нам, що один CH₄ і два O₂ взаємодіють з утворенням одного CO₂ і двох H₂O.
• 3
  Знайте, що можна множити рівняння "цілком". Ймовірно, ви знайомі з розподільним властивістю умноженія- a (b + c) = ab + ac. Те ж саме, по суті, дійсно для хімічних рівнянь. Якщо ви примножуєте рівняння "цілком" на числову константу, ви отримаєте рівняння, яке не є найпростішим, але залишається правильним. Для множення всього рівняння, помножте кожен коефіцієнт (але ні в якому разі не підрядковий індекс, що показує кількість атомів в молекулі) з кожного боку від стрілки на вашу константу. Цей прийом може бути корисний в більш важких стехиометрических завданнях.

  Відео: Стехиометрія реакції в розчині

• Наприклад, якщо ми візьмемо рівняння з попереднього прикладу (CH₄ + 2O₂ CO₂ + 2H₂O) і помножимо все рівняння на 2, ми отримаємо 2CH₄ + 4O₂ 2CO₂ + 4H₂O. Іншими словами, ми помножили коефіцієнт кожної молекули на 2, що дає нам вдвічі більше кожного речовини в рівнянні. Оскільки початкові пропорції збережені, рівняння залишається правильним.
• Зауважте, що для зручності можна думати, що для кожної молекули, у якій немає коефіцієнта, мається на увазі наявність коефіцієнта "1". Таким чином, в нашому початковому рівнянні CH₄ стає 1CH₄ і т.д.
• Частина 2 з 3: Балансування рівняння з допомогою стехиометрии
  1
  Запишіть ваше рівняння. Виконання стехиометрии нагадує рішення математичної задачі. Для всіх, за винятком найпростіших, рівнянь зазвичай дуже важко, якщо не майже неможливо, робити це в розумі. Таким чином, щоб почати, запишіть рівняння (і залиште місце для обчислень).

  • Як приклад вирішимо наступне рівняння: H₂SO₄ + Fe Fe₂(SO₄)₃ + H₂
• 2
  Перевірте, збалансовано чи рівняння. Перш ніж починати процес балансування рівняння з допомогою стехиометрии, який може займати значну кількість часу, дуже мудро швидко перевірити, чи потребує насправді рівняння в балансуванні. Оскільки в результаті реакції не може бути створена або зруйнована матерія, дане рівняння не збалансоване, якщо кількість (і типи) атомів з обох сторін від стрілки не збігаються в точності.
• Давайте перевіримо, збалансовано наше рівняння. Щоб зробити це, ми випишемо кількість атомів кожного типу з кожного боку стрілки.
• Зліва від стрілки ми маємо: 2 H, 1 S, 4 O, і 1 Fe.
• Праворуч від стрілки ми маємо: 2 Fe, 3 S, 12 O, і 2 H.
• Разом, у нас різна кількість атомів заліза, сірки і кисню, тому рівняння виразно незбалансоване. Стехиометрія допоможе збалансувати його!
• 3
  Спочатку збалансуйте всі складні (багатоатомні) іони. Якщо будь-які багатоатомні іони (ті, які складаються з більш ніж одного атома) у вашій реакції з`являються з обох сторін рівняння, зазвичай, правильною ідеєю є збалансувати їх в першу чергу, тому що це дозволить вам відразу "прибрати в сторону" кілька атомів. Щоб збалансувати частини вашого рівняння, помножте відповідні молекули з одного (або обох) сторін рівняння на цілий числовий коефіцієнт так, щоб іон, атом або функціональна група, які ви намагаєтеся збалансувати, по обидва боки рівняння були присутні в однаковій кількості.
• Це набагато легше зрозуміти за допомогою прикладу. У нашому рівнянні, H₂SO₄ + Fe Fe₂(SO₄)₃ + H₂, SO₄ є всього один багатоатомний іон. Оскільки він присутній з обох сторін рівняння незмінений, ми можемо збалансувати цілий іон замість окремих атомів.
• Праворуч від стрілки 3 SO₄ і тільки 1 SO₄ зліва. Тому, щоб збалансувати SO₄, ми помножимо молекулу в лівій частині рівняння, яка містить SO₄, на 3: 3H₂SO₄ + Fe Fe₂(SO₄)₃ + H₂
• 4
  Збалансуйте все метали. Якщо ваше рівняння містить будь-які сеталли, збалансуйте їх такими. Помножте будь-який простий метал або молекулу, яка містить метал, на цілий числовий коефіцієнт так, щоб їх кількість збігалося з обох сторін рівняння. Якщо ви не впевнені, які атоми є металами, звіртеся з періодичної таблиці: вважається, що метали - це все елементи зліва від Групи (колонки) 12 / IIB за винятком H, а також елементи в лівій нижній половині "квадратної" правій частині таблиці.
• У нашому рівнянні, 3H₂SO₄ + Fe Fe₂(SO₄)₃ + H₂, Fe - єдиний метал, тому на цьому етапі ми збалансуємо його.
• У правій частині рівняння 2 Fe, а зліва - тільки 1 Fe, тому поставимо коефіцієнт 2 перед Fe в лівій частині рівняння, щоб збалансувати його. Тепер наше рівняння виглядає так: 3H₂SO₄ + 2Fe Fe₂(SO₄)₃ + H₂
• Відео: Стехиометрія: лимитирующий реагент

  5
  Збалансуйте неметали (крім кисню і водню). Далі збалансуйте будь неметали, за винятком водню і кисню, які зазвичай зрівнюють останніми. Ця частина процесу балансування кілька туманний, оскільки точні неметалеві елементи в вашому рівнянні будуть суттєво відрізнятися в залежності від типу проведеної реакції. Органічні реакції, наприклад, можуть містити велику кількість атомовC, N, S, і P, які вимагають балансування. Уранівайте їх, як описано вище.
• У нашому прикладі (3H₂SO₄ + 2Fe Fe₂(SO₄)₃ + H₂) Є S, але ми вже врахували ці атоми, коли зрівнювали багатоатомні іони, в які вони входять. Таким чином, ми пропускаємо цей крок. Немає нічого страшного в тому, що багато хімічні рівняння не вимагають виконання всіх етапів балансування, описаних в цій статті.
• 6
  Збалансуйте кисень. Тепер збалансуйте все атоми кисню в рівнянні. При балансуванні хімічного рівняння атоми O and H зазвичай залишають на кінець процесу. Так надходять, оскільки вони найчастіше присутні в більш ніж одній молекулі по обидві сторони рівняння, що може ускладнити їх балансування, поки ви не збалансуєте інші складові рівняння.
• На щастя, в нашому рівнянні, 3H₂SO₄ + 2Fe Fe₂(SO₄)₃ + H₂, ми вже збалансували кисень, коли зрівнювали багатоатомні іони спочатку.
• 7
  Збалансуйте водень. Нарешті, закінчіть балансування, зрівнявши решта атоми H. Часто, але безумовно не завжди, це може означати додавання коефіцієнта до молекули двухатомного водню (H₂), Щоб кількість атомів H співпало зі значенням з іншого боку рівняння.
• Така ситуація і в нашому прикладі, 3H₂SO₄ + 2Fe Fe₂(SO₄)₃ + H₂.
• На даний момент, ми маємо 6 H зліва від стрілки і 2 H справа, тому додамо перед H₂ з правого боку коефіцієнт 3, щоб зрівняти кількість атомів H. У нас виходить 3H₂SO₄ + 2Fe Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂
• 8
  Перевірте збалансованість вашого рівняння. Коли ви закінчили, розумно повернутися і перевірити, збалансовано чи рівняння. Це можна зробити тим же способом, яким рівняння спочатку було визнано незбалансованим - виписати всі атоми по обидві сторони рівняння і подивитися, чи збігається їх кількість.
• Давайте перевіримо наше рівняння, 3H₂SO₄ + 2Fe Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂, на збалансованість.
• З лівого боку від стрілки - 6 H, 3 S, 12 O, і 2 Fe.
• Праворуч - 2 Fe, 3 S, 12 O, і 6 H.
• Успіх! Наше рівняння тепер збалансовано.
• 9
  При балансуванні завжди змінюйте тільки коефіцієнти і ніколи - індекси. Одна з поширених помилок початківців студентів-хіміків - зміна числових індексів, а не коефіцієнтів, в рівнянні при спробі збалансувати його. Це змінює склад молекули в реакції, а не кількість молекул, залучених в реакцію, що дає нам зовсім іншу реакцію. Для ясності, при виконанні стехиометрии міняйте тільки великі числа зліва від кожної молекули - ніколи не чіпайте маленькі в середині.
• Скажімо, ми пробуємо збалансувати Fe в нашій реакції, використовуючи хибний підхід. in our equation by taking this flawed approach. Ми могли б бачити рівняння (3H₂SO₄ + Fe Fe₂(SO₄)₃ + H₂) І думати: "праворуч два Fe, а зліва один, тому я напишу зліва Fe₂".
• Ми не можемо цього зробити, тому що при цьому зміниться сам реагент. Fe₂ НЕ більше елементарне Fe - це зовсім інша молекула. Більш того, оскільки залізо - метал, його ніколи не записують в двухатомной формі (Fe₂), Тому що такий запис має на увазі, що в природі можна виділити двоатомних молекули, в формі яких існують деякі елементи в газоподібному стані (e.g., H₂, O₂, etc.), але не існують метали.
• Частина 3 з 3: Використання практичного застосування збалансованого рівняння
  1
  Використовуйте стехіометрію для find a reaction`s limiting reactant. Балансування хімічного рівняння відкриває двері для великих можливостей. Наприклад, якщо ви збалансували рівняння з допомогою стехиометрии, ви можете використовувати його, щоб визначити, який з ваших реагентів лимитирующий. Лімітуючі реагенти - по суті, реагенти, які "закінчаться" першими - Як тільки вони виснажуються, реакція зупиняється.

  • Щоб визначити лимитирующий реагент у вашій збалансованої реакції, помножте кількість кожного реагенту (в молях) на ставлення коефіцієнта продукту до коефіцієнта реагенту. Таким чином ви знайдете, кількість продукту, яке може призвести кожен реагент -реагент, у якого цей показник найменший, є лімітуючим.
• 2
  Use stoichiometry to determine the amount of product generated. Коли ви збалансували ваше рівняння і знайшли лимитирующий реагент, обчислення, як багато продукту виробляє ваша реакція, - просто привід для використання відповіді, отриманого при визначенні лімітує реагенту. Тобто, кількість (в молях) даного продукту знайдено множенням кількості лімітує реагенту (в молях) на ставлення коефіцієнта продукту до коефіцієнта реагенту.
• 3
  Використовуйте збалансованої рівняння, щоб створити фактори конверсії для вашої реакції. Збалансоване рівняння містить правильні коефіцієнти для кожної речовини в вашої реакції, які можуть бути використані, щоб віртуально конвертувати будь-які кількості в реакції в інші. Використовуйте коефіцієнти речовин в реакції, щоб встановити систему конверсій, щоб з початкового значення (зазвичай молі або грами реагенту) досягти кінцеве (зазвичай молі або грами продукту).
• Наприклад, давайте використаємо наше збалансоване рівняння (3H₂SO₄ + 2Fe Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂), Щоб визначити, скільки молей Fe₂(SO₄)₃ теоретично вийде з 1 благаючи 3H₂SO₄.
• Погляньмо на коефіцієнти в рівнянні. У ньому 3 благаючи H₂SO₄ на кожен 1 моль Fe₂(SO₄)₃. Т.ч., ми будемо конвертувати в такий спосіб:
• 1 моль H₂SO₄ (1 моль Fe₂(SO₄)₃) / (3 благаючи H₂SO₄) = .33 благаючи Fe₂(SO₄)₃.
• Зауважте, що ми отримали правильні одиниці вимірювання, тому що знаменник нашого конверсійного фактора скорочується з одиницями нашого початкового продукту.

• Що вам знадобиться

  • Періодична таблиця елементів