Стехиометрические расчеты и химический выход

Стехиометрия — это область химии, которая занимается изучением относительных количеств реагентов и продуктов в химической реакции. Она включает в себя расчеты, которые оценивают количества веществ, потребляемых и производимых в реакции. Одной из основных частей стехиометрии является понимание того, как выполняются стехиометрические расчеты и как они соотносятся с химическим выходом, который представляет собой количество продукта, полученного в химической реакции.

Основные понятия стехиометрии

Стехиометрия основана на законе сохранения массы, согласно которому общая масса реагентов равна общей массе продуктов. Ключевым моментом является количественное добавление реагентов и продуктов, используя уравнение сбалансированной химической реакции. Это включает в себя:

• Понимание концепции моля и числа Авогадро.
• Использование молярной массы для перевода между граммами и молями.
• Использование коэффициентов в сбалансированных уравнениях для определения мольных соотношений.

Пример 1: Балансировка химического уравнения

Рассмотрим реакцию горения пропана:

C 3 H 8 + O 2 → CO 2 + H 2 O

Сначала сбалансируйте уравнение:

1. Сбалансируйте углеродные атомы:
   C ₃ H ₈ + O ₂ → 3 CO ₂ + H ₂ O
2. Сбалансируйте водородные атомы:
   C ₃ H ₈ + O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O
3. Сбалансируйте кислородные атомы:
   C ₃ H ₈ + 5 O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O

Сбалансированное уравнение:

C 3 H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2 O

Стехиометрические расчеты

Стехиометрические расчеты обычно включают определение массы одного вещества в химическом уравнении, зная массу другого вещества. Вот как это сделать:

Основные этапы стехиометрии

1. Перевод заданной массы вещества в моли, используя его молярную массу.
2. Использование стехиометрических коэффициентов (мольных соотношений) из сбалансированного уравнения для перевода моль одного вещества в моль другого.
3. Перевод моль обратно в граммы, если необходимо.

Пример 2: Простой стехиометрический расчет

Допустим, вы сжигаете 11,0 г пропана (C ₃ H ₈ ). Найдите массу углекислого газа, образовавшегося в реакции.

1. Рассчитайте количество молей C ₃ H ₈:

Молярная масса C 3 H 8 = 44,1 г/моль
Моль C 3 H 8 = 11,0 г / 44,1 г/моль = 0,249 моль

2. Используйте сбалансированное уравнение для нахождения количества молей _CO2:

C 3 H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2 O
0,249 моль C 3 H 8 × (3 моль CO 2 / 1 моль C 3 H 8 ) = 0,747 моль CO 2

3. Перевести моли CO2 в _граммы:

Молярная масса CO2 = 44,0 г/моль
Масса CO2 = 0,747 моль × 44,0 г/моль = 32,868 г

Масса _CO2 получена около 32,87 граммов.

Химические побочные продукты

Химический выход - это количество продукта, полученного в химической реакции. Он подразделяется на два типа:

• Теоретический выход: Количество продукта, предсказанное стехиометрией на основе сбалансированного химического уравнения, когда реакция полностью продолжается до завершения.
• Фактический выход: Количество продукта, действительно полученное в реакции.

Затем рассчитывается процентный выход, чтобы увидеть, насколько эффективной была реакция.

Процентный выход = (фактический выход / теоретический выход) × 100

Пример 3: Расчет химического выхода

Рассмотрим реакцию, в которой теоретический выход продукта составляет 20,0 г, но экспериментально получено лишь 15,0 г продукта.

Рассчитайте процентный выход:

Процентный выход = (15,0 г / 20,0 г) × 100 = 75%

Процентный выход составляет 75%, что показывает эффективность процесса.

Визуализация стехиометрии через реакции

Давайте представим простую реакцию:

Вода образуется при реакции водорода с кислородом:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O

Представим разрыв и образование связей:

Комментарии