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 речовинам, що набрав 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

Частина 1 з 3: Навчання основам

1. 

   1

   Вивчіть складові хімічного рівняння. Заняття стехіометрією вимагають розуміння деяких фундаментальних понять хімії. Найважливіше - поняття хімічного рівняння. Хімічне рівняння є, в першу чергу, способом представлення хімічної реакції у вигляді букв, чисел і символів. У будь-якої хімічної реакції один або більше реагентів руйнуються, об`єднуються або іншим чином трансформуються, формуючи один або більше продуктів. Вважайте, що реагенти - це "початкові матеріали", а продукти - "кінцевий результат" хімічної реакції. Щоб уявити реакцію у вигляді хімічного рівняння, починаючи зліва, напишіть наші реагенти (зі знаками плюс між ними), далі поставте знак рівності (в простих випадках, зазвичай, використовують стрілочку, спрямовану вправо), і потім запишіть наші продукти (таким же чином, як ми записали реагенти).
   • Для прикладу ми маємо хімічне рівняння: HNO₃ + KOH> KNO₃ + H₂O. Воно говорить нам, що два реагенту, HNO₃ і KOH, взаємодіють, утворюючи два продукти, KNO₃ і H₂O.
   • Зауважте, що стрілка в рівнянні - тільки один із знаків рівності, використовуваних хіміками. Інший символ, який можна часто зустріти, - дві горизонтальні стрілки одна над іншою, що вказують в різних напрямках. Для цілей стехиометрии використовуваний знак рівності не має значення.

2. 

   2

   Використовуйте коефіцієнти для позначення різної 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 якого-небудь 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. 

   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 у більш важких стехиометрических завданнях.
   • 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 кожної речовини в рівнянні. Оскільки початкові пропорції збережені, рівняння залишається правильним.
     • Зауважте, що для зручності можна думати, що для кожної молекули, у якої немає коефіцієнта, мається на увазі наявність коефіцієнта "1". Таким чином, в нашому первісному рівнянні CH₄ стає 1CH₄ і т.д.

Частина 2 з 3: Балансування рівняння з допомогою стехиометрии

1. 

   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. 

   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 боків від стрілки не збігаються в точності.
   • Давайте перевіримо, збалансовано чи 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. 

   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 це дозволить вам відразу "прибрати в сторону" декілька 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, з обох сторін 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 лише 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. 

   4

   Збалансуйте всі метали. Якщо ваше рівняння містить будь-які сеталли, збалансуйте їх наступними. 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 періодичною таблицею: 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 ліворуч - 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

5. 

   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 у вашому рівнянні будуть суттєво відрізнятися в залежності від типу проведеної реакції. Органічні реакції, наприклад, можуть містити великі кількості 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, до яких 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. 

   6

   Збалансуйте кисень. Тепер збалансуйте всі атоми кисню в рівнянні. При балансуванні хімічного рівняння атоми O and H зазвичай залишають на кінець процесу. Так роблять, оскільки вони найчастіше присутні у 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. 

   7

   Збалансуйте водень. Нарешті, закінчіть балансування, зрівнявши залишилися 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 праворуч, тому додамо перед H₂ з правого боку коефіцієнт 3, щоб зрівняти кількість атомів H. У нас виходить 3H₂SO₄ + 2Fe> Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂

8. 

   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. 

   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 ліворуч 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. Більше того, оскільки залізо - метал, його ніколи не записують у двоатомної формі (Fe₂), Тому такий запис увазі, що в природі можна виділити двоатомні молекули, у формі яких існують деякі елементи в газоподібному стані (eg, H₂, O₂, etc.), але не існують метали.

Частина 3 з 3: Використання практичного застосування збалансованого рівняння

1. 

   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 відношення коефіцієнта продукту до коефіцієнта реагенту. Таким чином ви знайдете, кількість продукту, яку може призвести кожен реагент -реагент, у якого цей показник найменший, є лімітуючим.

2. 

   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 відношення коефіцієнта продукту до коефіцієнта реагенту.

3. 

   3

   Використовуйте збалансованої рівняння, щоб створити фактори конверсії для вашої реакції. Збалансоване рівняння містить правильні коефіцієнти для кожної речовини у вашій 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 наступним чином:
     • 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 первісного продукту.

Що вам знадобиться

• Періодична таблиця елементів