STOICHIOMETRISCHE BEREKENINGEN: FASEN EN OEFENINGEN OPGELOST - CHEMIE - 2026

De stoichiometrische berekeningen zijn die die worden gemaakt op basis van de massaverhoudingen van de elementen of verbindingen die bij een chemische reactie betrokken zijn.

De eerste stap om ze uit te voeren, is het in evenwicht brengen van de chemische reactie die van belang is. Evenzo moeten de juiste formules van de bij het chemische proces betrokken verbindingen bekend zijn.

Bron: Pixabay

Stoichiometrische berekeningen zijn gebaseerd op de toepassing van een reeks wetten, waaronder de volgende: de wet van behoud van massa; de wet van bepaalde verhoudingen of van constante samenstelling; en tenslotte de wet van meerdere proporties.

De wet van behoud van massa stelt dat bij een chemische reactie de som van de massa's van de reactanten gelijk is aan de som van de massa's van de producten. Bij een chemische reactie blijft de totale massa constant.

De wet van bepaalde verhoudingen of constante samenstelling stelt dat verschillende monsters van een zuivere verbinding dezelfde elementen in dezelfde massaverhoudingen hebben. Zuiver water is bijvoorbeeld hetzelfde, ongeacht de bron of het continent (of de planeet) waar het vandaan komt.

En de derde wet, die van meerdere verhoudingen, geeft aan dat wanneer twee elementen A en B meer dan één verbinding vormen, het aandeel van de massa van element B dat combineert met een gegeven massa van element A, in elk van de verbindingen , kan worden uitgedrukt in kleine gehele getallen. Dat wil zeggen, voor A _n B _m n en m zijn gehele getallen.

Wat zijn stoichiometrische berekeningen en hun fasen?

Het zijn berekeningen die zijn ontworpen om de verschillende vragen op te lossen die kunnen rijzen wanneer een chemische reactie wordt bestudeerd. Hiervoor moet u kennis hebben van chemische processen en de wetten die daarop van toepassing zijn.

Met behulp van stoichiometrische berekening is het bijvoorbeeld mogelijk om uit de massa van een reactant de onbekende massa van een andere reactant te verkrijgen. U kunt ook de procentuele samenstelling van de chemische elementen die in een verbinding aanwezig zijn kennen en daaruit de empirische formule van de verbinding verkrijgen.

Dientengevolge maakt kennis van de empirische of minimale formule van een verbinding de vaststelling van de moleculaire formule mogelijk.

Bovendien maakt de stoichiometrische berekening het mogelijk om in een chemische reactie te weten wat het beperkende reagens is, of dat er een overschot aan reagens is, evenals de massa ervan.

Stadia

De fasen zijn afhankelijk van het type probleem dat zich voordoet en van de complexiteit ervan.

Twee veel voorkomende situaties zijn:

-Twee elementen reageren om een ​​verbinding te creëren en alleen de massa van een van de reagerende elementen is bekend.

-We willen de onbekende massa van het tweede element weten, evenals de massa van de verbinding die het resultaat is van de reactie.

Over het algemeen moet bij het oplossen van deze oefeningen de volgende volgorde van fasen worden gevolgd:

- Stel de vergelijking van de chemische reactie vast.

Breng de vergelijking in evenwicht.

-De derde fase is, door het gebruik van de atoomgewichten van de elementen en de stoichiometrische coëfficiënten, om het aandeel van de massa's van de reagerende elementen te verkrijgen.

- Daarna, door de wet van gedefinieerde verhoudingen te gebruiken, zodra de massa van een reagerend element bekend is en de verhouding waarmee het reageert met het tweede element, de massa van het tweede element kennen.

-En de vijfde en laatste fase, als de massa van de reactieve elementen bekend zijn, stelt hun som ons in staat om de massa van de verbinding die in de reactie wordt geproduceerd te berekenen. In dit geval wordt deze informatie verkregen op basis van de wet van behoud van massa.

Opgeloste oefeningen

-Oefening 1

Wat is het resterende reagens als 15 g Mg wordt gereageerd met 15 g S om MgS te vormen? En hoeveel gram MgS wordt er bij de reactie geproduceerd?

Gegevens:

- Massa van Mg en S = 15 g

-Atoomgewicht van Mg = 24,3 g / mol.

-Atoomgewicht van S = 32,06 g / mol.

Stap 1: reactievergelijking

Mg + S => MgS (al gebalanceerd)

Stap 2: Bepaal de verhouding waarin Mg en S worden gecombineerd om MgS te produceren

Eenvoudigheidshalve kan het atoomgewicht van Mg worden afgerond op 24 g / mol en het atoomgewicht van S op 32 g / mol. Dus de verhouding waarin de S en Mg worden gecombineerd, is 32:24, waarbij de 2 termen worden gedeeld door 8, de verhouding wordt verminderd tot 4: 3.

Omgekeerd is de verhouding waarin Mg combineert met S gelijk aan 3: 4 (Mg / S)

Stap 3: bespreking en berekening van de overtollige reactant en zijn massa

De massa van Mg en S is voor beide 15 g, maar de verhouding waarin Mg en S reageren is 3: 4 en niet 1: 1. Vervolgens kan worden afgeleid dat de overmaat aan reactant Mg is, aangezien deze in een lagere verhouding wordt aangetroffen ten opzichte van S.

Deze conclusie kan worden getest door de massa van Mg te berekenen dat reageert met 15 g S.

g Mg = 15 g S x (3 g Mg) / mol) / (4 g S / mol)

11,25 g Mg

Overmaat Mg = 15 g - 11,25 g

3,75 g.

Stap 4: Massa van MgS gevormd in de reactie op basis van de wet van behoud van massa

Massa van MgS = massa van Mg + massa van S.

11,25 g + 15 g.

26, 25 g

Een oefening voor educatieve doeleinden kan als volgt worden gedaan:

Bereken de grammen S die reageren met 15 g Mg, in dit geval een verhouding van 4: 3.

g S = 15 g Mg x (4 g S / mol) / (3 g Mg / mol)

20 g

Als de situatie in dit geval de situatie was, zou men kunnen zien dat de 15 g S niet voldoende zou zijn om volledig te reageren met de 15 g Mg, zonder 5 g. Dit bevestigt dat de overmaat aan reagens Mg is en dat S het beperkende reagens is bij de vorming van MgS, wanneer beide reactieve elementen dezelfde massa hebben.

-Oefening 2

Bereken de massa natriumchloride (NaCl) en onzuiverheden in 52 g NaCl met een zuiverheid van 97,5%.

Gegevens:

-Monster massa: 52 g NaCl

- Zuiver percentage = 97,5%.

Stap 1: bereken de pure massa van NaCl

NaCl-massa = 52 gx 97,5% / 100%

50,7 g

Stap 2: berekening van de massa onzuiverheden

% onzuiverheden = 100% - 97,5%

2,5%

Massa onzuiverheden = 52 gx 2,5% / 100%

1,3 g

Daarom is van de 52 g zout 50,7 g pure NaCl-kristallen en 1,3 g onzuiverheden (zoals andere ionen of organisch materiaal).

-Oefening 3

Welke massa zuurstof (O) zit er in 40 g salpeterzuur (HNO ₃ ), wetende dat het molecuulgewicht 63 g / mol is en het atoomgewicht van O 16 g / mol?

Gegevens:

-Massa van HNO ₃ = 40 g

-Atoomgewicht van O = 16 g / mol.

-Moleculair gewicht van HNO ₃

Stap 1: Bereken het aantal mol HNO

Mol HNO ₃ = 40 g HNO ₃ x 1 mol HNO ₃ /63 g HNO ₃

0,635 mol

Stap 2: bereken het aantal aanwezige mol O

De formule voor HNO ₃ geeft aan dat er 3 mol O zijn voor elke mol HNO _3.

Mol O = 0,635 mol HNO ₃ X 3 mol O / mol HNO ₃

1.905 mol O

Stap 3: bereken de massa van O aanwezig in 40 g HNO

g O = 1,905 mol O x 16 g O / mol O

30,48 g

Met andere woorden, van de 40 g HNO ₃ is 30,48 g uitsluitend te wijten aan het gewicht van de molen zuurstofatomen. Dit grote aandeel zuurstof is typerend voor oxoanionen of hun tertiaire zouten (bijvoorbeeld NaNO ₃ ).

-Oefening 4

Hoeveel gram kaliumchloride (KCl) wordt er geproduceerd wanneer 20 g kaliumchloraat (KClO ₃ ) wordt afgebroken , wetende dat het molecuulgewicht van KCl 74,6 g / mol is en het molecuulgewicht van KClO ₃ is 122,6 g / mol

Gegevens:

-Massa KClO ₃ = 20 g

-Moleculair gewicht van KCl = 74,6 g / mol

-Moleculair gewicht van KClO ₃ = 122,6 g / mol

Stap 1: reactievergelijking

2KClO ₃ => 2KCl + 3O ₂

Stap 2: bereken de massa van KClO

g KClO ₃ = 2 mol x 122,6 g / mol

245,2 g

Stap 3: bereken de massa van KCl

g KCl = 2 mol x 74,6 g / mol

149,2 g

Stap 4: bereken de massa van KCl geproduceerd door ontleding

245 g KClO ₃ wordt geproduceerd door ontleding 149,2 g KCl. Vervolgens kan deze verhouding (stoichiometrische coëfficiënt) worden gebruikt om de massa KCl te vinden die wordt geproduceerd uit 20 g KClO ₃ :

g KCl = 20 g KClO ₃ x 149 g KCl / 245,2 g KClO ₃

12,17 g

Merk op hoe de massaverhouding van O ₂ binnen KClO _{3 is} . Van de 20 g KClO ₃ is iets minder dan de helft te wijten aan zuurstof die deel uitmaakt van het oxoanionchloraat.

-Oefening 5

Zoek de procentuele samenstelling van de volgende stoffen: a) dopa, C ₉ H ₁₁ NO ₄ en b) Vanilline, C ₈ H ₈ O ₃ .

a) Dopa

Stap 1: zoek het molecuulgewicht van dopa C

Om dit te doen, wordt het atoomgewicht van de elementen die in de verbinding aanwezig zijn, aanvankelijk vermenigvuldigd met het aantal mol vertegenwoordigd door hun subscripts. Om het molecuulgewicht te vinden, worden de grammen die door de verschillende elementen worden bijgedragen, toegevoegd.

Koolstof (C): 12 g / mol x 9 mol = 108 g

Waterstof (H): 1 g / mol x 11 mol = 11 g

Stikstof (N): 14 g / mol x 1 mol = 14 g

Zuurstof (O): 16 g / mol x 4 mol = 64 g

Dopa-molecuulgewicht = (108 g + 11 g + 14 g + 64 g)

197 g

Stap 2: Zoek de procentuele samenstelling van de elementen die in dopa aanwezig zijn

Hiervoor wordt het molecuulgewicht (197 g) als 100% genomen.

% van C = 108 g / 197 g x 100%

54,82%

% H = 11 g / 197 g x 100%

5,6%

% van N = 14 g / 197 gx 100%

7,10%

% O = 64 g / 197 g

32,48%

b) Vanilline

Deel 1: berekenen van het molecuulgewicht van vanilline C

Om dit te doen, wordt het atoomgewicht van elk element vermenigvuldigd met het aantal aanwezige mollen, waarbij de massa wordt opgeteld die door de verschillende elementen wordt bijgedragen

C: 12 g / mol x 8 mol = 96 g

H: 1 g / mol x 8 mol = 8 g

Of: 16 g / mol x 3 mol = 48 g

Molecuulgewicht = 96 g + 8 g + 48 g

152 g

Deel 2: Zoek het% van de verschillende elementen in vanilline

Aangenomen wordt dat het molecuulgewicht (152 g / mol) 100% vertegenwoordigt.

% van C = 96 g / 152 gx 100%

63,15%

% van H = 8 g / 152 gx 100%

5,26%

% O = 48 g / 152 gx 100%

31,58%

-Oefening 6

Het massapercentage van een alcohol is als volgt: koolstof (C) 60%, waterstof (H) 13% en zuurstof (O) 27%. Krijg uw minimumformule of empirische formule.

Gegevens:

Atoomgewichten: C 12 g / mol, H 1 g / mol en zuurstof 16 g / mol.

Stap 1: berekenen van het aantal mol van de elementen aanwezig in alcohol

De massa van de alcohol wordt verondersteld 100 g te zijn. Bijgevolg is de massa van C 60 g, de massa van H 13 g en de massa zuurstof 27 g.

Berekening van het aantal moedervlekken:

Aantal mol = massa van het element / atoomgewicht van het element

mol C = 60 g / (12 g / mol)

5 mollen

mol H = 13 g / (1 g / mol)

13 mollen

mol O = 27 g / (16 g / mol)

1,69 mol

Stap 2: verkrijg de minimale of empirische formule

Zoek hiervoor de verhouding van hele getallen tussen het aantal mollen. Dit dient om het aantal atomen van de elementen in de minimumformule te verkrijgen. Daartoe worden de molen van de verschillende elementen in mindere mate gedeeld door het aantal molen van het element.

C = 5 mol / 1,69 mol

C = 2,96

H = 13 mol / 1,69 mol

H = 7,69

O = 1,69 mol / 1,69 mol

O = 1

Afronden van deze cijfers is de minimumformule: C ₃ H ₈ O. Deze formule komt overeen met die van propanol, CH ₃ CH ₂ CH ₂ OH. Deze formule is echter ook die van de verbinding CH ₃ CH ₂ OCH ₃ , ethylmethylether.

Referenties

1. Dominguez Arias MJ (sf). Berekeningen in chemische reacties. Hersteld van: uv.es
2. Berekeningen met chemische formules en vergelijkingen. . Genomen uit: 2.chemistry.msu.edu
3. Sparknotes. (2018). Stoichiometrische berekening. Hersteld van: sparknotes.com
4. ChemPages Netorials. (sf). Stoichiometrie Module: Algemene stoichiometrie. Hersteld van: chem.wisc.edu
5. Flores, J. Química (2002) Redactioneel Santillana.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemie. (8e ed.). CENGAGE Leren.