Mit mond el egy rendezett reakcióegyenlet?
A 2 H2 + O2 → 2 H2O egyenletben a 2 : 1 : 2 arány részecskeszám- és anyagmennyiség-arány. Két hidrogénmolekula egy oxigénmolekulával két vízmolekulát ad; ugyanígy 2 mol hidrogén 1 mol oxigénnel 2 mol vizet ad. Az együtthatók nem tömegarányt jelentenek. A reakcióegyenlet rendezésekor kizárólag az anyagok elé írt együtthatókat módosíthatod, a képletek alsó indexeit nem.
Miért a mól számít a reakcióegyenletben?
Adattáblázat megtekintése
| Anyag | Egyenleti együttható és anyagmennyiség | Tömeg |
|---|---|---|
| Hidrogén | 2 mol | 4 g |
| Oxigén | 1 mol | 32 g |
| Víz | 2 mol | 36 g |
Példa: 1,0 mol oxigénhez miért 4,0 g hidrogén kell?
- Írd fel: 2 H2 + O2 → 2 H2O. Egy mol O2-höz 2 mol H2 kell.
- A hidrogén moláris tömege 2,0 gmol, így 2,0 mol hidrogén tömege 4,0 g. Az oxigéné 32 gmol, ezért 1,0 mol oxigén tömege 32 g.
- 2,0 mol víz tömege 36 g. Ellenőrzés: 4,0 g + 32 g = 36 g. A 2 : 1 : 2 mólarány és a 4 : 32 : 36 tömegarány egyszerre helyes.
Három biztos lépés a reakciószámításban
Rendezd az egyenletet. Azonos számú atom szerepeljen a két oldalon.
Válts mólra. Tömegből a moláris tömeggel számolsz; oldatnál a koncentráció és a térfogat adhatja az anyagmennyiséget.
Használd az együtthatók arányát, majd válts vissza a kérdezett tömegre, térfogatra vagy koncentrációra.
A jelölések itt egyszerűek: m = tömeg, M = moláris tömeg, n = anyagmennyiség. A reakció együtthatóit mindig a konkrét egyenletből olvasd le; nincs szükség külön görög betűre.
Tömeg átváltása anyagmennyiséggé
n = mM
Kidolgozott példa: 4,80 g magnézium elégetése
- Rendezett egyenlet: 2 Mg + O2 → 2 MgO.
- M(Mg) = 24,0 gmol. A 4,80 g magnéziumot elosztva ezzel a moláris tömeggel n(Mg) = 0,200 mol.
- Az egyenletben Mg : MgO = 2 : 2, tehát n(MgO) = 0,200 mol.
- M(MgO) = 40,0 gmol; m(MgO) = 0,200 mol · 40,0 gmol = 8,00 g.
- Ellenőrzés: 0,100 mol O2 fogy, ez 3,20 g; 4,80 + 3,20 = 8,00 g.
Összegképlet meghatározása mért tömegekből
A képlet alsó indexe atomarány. A különböző elemek tömegét ezért előbb külön-külön mólra kell váltani. Oszd el az így kapott értékeket a legkisebbel, majd keresd a legkisebb egész számú arányt. Ez a tapasztalati képlet. A molekulaképlethez még a vegyület valódi moláris tömege is szükséges.
Példa: tapasztalati képletből molekulaképlet
Egy 9,00 g-os vegyületmintában 3,60 g C, 0,600 g H és 4,80 g O van. A vegyület moláris tömege 180 gmol. Minden tömeget a megfelelő moláris tömeggel osztunk: C: 12,0 gmol; H: 1,00 gmol; O: 16,0 gmol.
| Elem | Tömeg | Anyagmennyiség | Arány 0,300 molhoz képest |
|---|---|---|---|
| C | 3,60 g | 0,300 mol | 1 |
| H | 0,600 g | 0,600 mol | 2 |
| O | 4,80 g | 0,300 mol | 1 |
A tapasztalati képlet CH2O, amelynek moláris tömege 30,0 gmol. A megadott 180 gmol ennek hatszorosa, ezért a molekulaképlet C6H12O6. Ellenőrzés: 6 · 12 + 12 · 1 + 6 · 16 = 180.
A tapasztalati képlet legkisebb atomarányát a moláris tömeghez illeszkedő egész számmal szorozzuk
Adattáblázat megtekintése
| Lépés | Eredmény |
|---|---|
| Tapasztalati képlet | CH2O |
| A képlet moláris tömege | 30,0 gmol |
| Megadott molekulamoláris tömeg | 180 gmol |
| Szorzó | 6 |
| Molekulaképlet | C6H12O6 |
Összegképletből tömegszázalék: Ca(NO3)2
Elem | Egy mol sóban az atomok molja | Tömeg egy mol sóban | Tömegszázalék |
|---|---|---|---|
Ca | 1 mol | 40,0 g | 40,0164 · 100 ≈ 24,4% |
N | 2 mol | 28,0 g | 28,0164 · 100 ≈ 17,1% |
O | 6 mol | 96,0 g | 96,0164 · 100 ≈ 58,5% |
A képlet indexeit minden atomra alkalmazzuk
M[Ca(NO3)2] = 40,0 + 2 · 14,0 + 6 · 16,0 = 164 gmol. A zárójel utáni 2 az egész nitrátcsoportra vonatkozik, így két N és hat O jut egy Ca-ra. Egy mol sóban a három elem együtt 164 g tömeget ad. Bármely elem tömegszázaléka az elem hozzájárulása osztva a teljes képlet moláris tömegével, szorozva 100-zal. A három kerekített százalék összege 100,0%.
Kidolgozott példa: Molekulaképlet százalékos összetételből
Feladat: Egy C-, H- és O-tartalmú vegyület tömegszázalékai 40,0% C, 6,67% H és 53,33% O.
Moláris tömege 60,0 gmol.
A feladatban Ar(C) = 12,0;
Ar(H) = 1,00;
Ar(O) = 16,0.
Válassz 100 g-os számítási alapot: 40,0 g C, 6,67 g H, 53,33 g O.
Ez csak a százalékok kényelmes felhasználása;
az atomarány nem függ a választott mintamérettől.
Az anyagmennyiségek rendre 40,012,0 ≈ 3,33 mol, 6,671,00 = 6,67 mol és 53,3316,0 ≈ 3,33 mol.
A legkisebb értékkel osztva 1 : 2 : 1 adódik a megadott százalékok kerekítési pontosságán belül.
A tapasztalati képlet CH2O, képlet szerinti moláris tömege 30,0 gmol.
A szorzó 60,030,0 = 2, ezért C2H4O2 a molekulaképlet.
A molekulaképletnek megfelel például ecetsav és metil-formiát is.
A szerkezeti képlet kiválasztásához további tulajdonság vagy reakcióadat szükséges.
Ha két kiindulási anyag is adott
Mindkettőt váltsd át mólra, majd kérdezd meg: az egyik teljes elfogyásához mennyi kellene a másikból? Amelyik előbb elfogy, a korlátozó reagens; csak ebből számolható a legnagyobb termékmennyiség. A feleslegben maradó anyagot külön add meg, ha kérdezik.
Példa: melyik fogy el, és mennyi víz keletkezik?
- 6,0 g H2 és 16,0 g O2 reagálhat. A hidrogén moláris tömege 2,0 gmol: 6,0 g tehát 3,0 mol. Az oxigéné 32,0 gmol: 16,0 g tehát 0,500 mol.
- Az egyenlet 2 H2 + O2 → 2 H2O. A 0,500 mol O2-höz 1,00 mol H2 kell. Van 3,0 mol, tehát az oxigén fogy el.
- 0,500 mol O2-ből 1,00 mol H2O, azaz 18,0 g víz keletkezik. 2,0 mol H2, vagyis 4,0 g hidrogén marad.
- Tömegmérleg: 6,0 + 16,0 = 18,0 + 4,0 g.
A korlátozó reagenst a két kiindulási anyagból külön számított lehetséges termékmennyiség alapján választjuk ki
Adattáblázat megtekintése
| Kiindulási adat vagy kérdés | Eredmény |
|---|---|
| 3,00 mol H2 | Legfeljebb 3,00 mol H2O |
| 0,500 mol O2 | Legfeljebb 1,00 mol H2O |
| Korlátozó reagens | O2 |
| Elméleti termék | 1,00 mol H2O |
| Maradék H2 | 2,00 mol |
Tisztaság és hozam: két külön kérdés
Tisztaság: a kiindulási minta hány százaléka a reagáló anyag? Ezt még a mólszámítás előtt veszed figyelembe. Hozam: a reakcióegyenletből számított legnagyobb termékmennyiség hány százaléka keletkezett ténylegesen? Ezt a termék kiszámítása után alkalmazod. A két százalékot nem szabad összekeverni.
Termelési százalék
mténylegesmelméleti · 100%
Kidolgozott példa: mészkő bontása tisztasággal és hozammal
- 25,0 g mészkő 80,0 tömeg%-a CaCO3, tehát 20,0 g tiszta CaCO3 van benne.
- CaCO3 → CaO + CO2. M(CaCO3) = 100 gmol, ezért 20,0 g = 0,200 mol. A mólarány 1 : 1, így legfeljebb 0,200 mol CO2 képződhet.
- M(CO2) = 44,0 gmol; az elméleti gáztermék 8,80 g.
- Ha a termelés 75,0%-os, a tényleges CO2 tömege 8,80 · 0,750 = 6,60 g.
A tisztaságot a reakciószámítás előtt, a termelési százalékot az elméleti termék után alkalmazzuk
Adattáblázat megtekintése
| Lépés | Tömeg |
|---|---|
| Minta | 25,0 g |
| Tiszta CaCO3 | 20,0 g |
| Elméleti CO2 | 8,80 g |
| Ténylegesen nyert CO2 | 6,60 g |
Kidolgozott példa: Oldatkoncentráció és reakcióarány
Feladat: Mennyi 0,500 moldm3 HCl-oldat reagál teljesen 0,0100 mol CaCO3-tal?
Az egyenlet: CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O.
A CaCO3 : HCl molarány 1 : 2, ezért n(HCl) = 2 · 0,0100 = 0,0200 mol.
V(oldat) = nc = 0,02000,500 = 0,0400 dm3.
Ez a HCl-oldat térfogata, nem a hidrogén-klorid gázé.
0,0100 mol CO2 képződik.
Ha a feladat 24,5 dm3mol értéket ad a száraz gáz mérési állapotára, annak térfogata 0,245 dm3.
A teljesen oldatban maradó vagy kiszökő gáz mennyiségét a feladat mérési feltételei alapján kell kezelni.
Egymást követő reakciók
Az első reakció ténylegesen képződött terméke lesz a második kiindulási anyaga. Minden lépéshez külön rendezett egyenletet írj. A százalékos hozamot mindig ahhoz a lépéshez rendeld, amelyre a feladat megadja.
Példa: CaCO3-ból két reakcióban Ca(OH)2
CaCO3 → CaO + CO2, majd CaO + H2O → Ca(OH)2. A két egyenletben végig 1 : 1 a megfelelő mólarány. Ha 1,00 mol tiszta CaCO3-ból indulunk, és mindkét reakció külön-külön 80,0%-os hozamú, az első lépés 0,800 mol CaO-t ad. A másodikban ebből 0,800 · 0,800 = 0,640 mol Ca(OH)2 képződik. A két százalék szorzódik; nem adódik össze.
Redoxegyenlet: előbb azt nézd, mi változik
Az oxidációs szám segít követni az elektronátadást. A szabad elemé 0; az oxigéné a legtöbb vegyületben −2; egy semleges vegyület atomjainak oxidációsszám-összege 0. Ha egy atom oxidációs száma nő, oxidálódik és elektront ad le. Ha csökken, redukálódik és elektront vesz fel. Középszinten is fontos felismerni a változást és ellenőrizni a rendezett egyenlet atomjait. Az oxidációs számok alapján történő rendezés részletes módszere emelt szintű kiegészítés.
Példa: mi oxidálódik a vas-oxid redukciójában?
Fe2O3 + CO → Fe + CO2. A Fe2O3-ban három oxigén együttes oxidációs száma −6, így a két vasé együtt +6, egy vasé +3. Az elemi vasé 0: a vas redukálódik. A CO-ban a széné +2; a CO2-ban +4: a szén oxidálódik. Az oxigén mindkét vegyületben −2 marad.
Felidéző gyakorlás
A 2 H2 + O2 → 2 H2O reakcióhoz 3,0 mol H2 és 1,0 mol O2 áll rendelkezésre. Mennyi víz képződhet?
Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.
Középszintű érettségi mintafeladat
12,0 g magnéziumot 4,00 g oxigénnel reagáltatunk; a reakciót az oxigén teljes elfogyásáig végezzük. M(Mg) = 24,0 gmol; M(O2) = 32,0 gmol; M(MgO) = 40,0 gmol. 10 pont.
- Írd fel és rendezd a reakcióegyenletet. (2 pont)
- Számítsd ki a két kiindulási anyag anyagmennyiségét. (2 pont)
- Azonosítsd a korlátozó reagenst, és indokold. (2 pont)
- Mekkora tömegű MgO keletkezik, és mennyi a megmaradó magnézium tömege? (4 pont)
Középszintű mintamegoldás és részletes pontozás
- 2 Mg + O2 → 2 MgO: helyes képletek (1 pont), helyes rendezés (1 pont).
- A magnézium 12,0 g-os tömegét 24,0 gmol-lal osztva n(Mg) = 0,500 mol (1 pont);
az oxigén 4,00 g-os tömegét 32,0 gmol-lal osztva n(O2) = 0,125 mol (1 pont). - 0,125 mol O2-höz 0,250 mol Mg szükséges (1 pont);
ezért az oxigén a korlátozó reagens, a magnézium feleslegben van (1 pont). - 0,250 mol MgO keletkezik (1 pont), tömege 0,250 · 40,0 = 10,0 g (1 pont).
A magnézium maradéka 0,500 − 0,250 = 0,250 mol, azaz 6,00 g (1 pont);
ellenőrzés: 12,0 + 4,00 = 10,0 + 6,00 g (1 pont).
Összesen: 10 pont.
Mit kér ebből az érettségi?
Középszint: a tapasztalati és molekulaképlet különbsége; a képlet és tömegszázalék kapcsolata; molekulaképlet meghatározása összetételből és moláris tömegből. A kémiai egyenlet jelentése és használata sztöchiometriai számításban; oldatösszetétel, termelési százalék és szennyezettség alkalmazása.
Emelt többlet az OH 4.4-ben: porkeverékek, gázelegyek, szerves és szervetlen vegyületek összetételének vagy képletének meghatározása reakcióegyenlet alapján. Az oxidációs számmal történő redoxrendezés a Redoxireakciók (1.5.5) jegyzethez is kapcsolódik. A képletből adódó atom-, tömeg- és töltésmérleget minden szinten ellenőrizd.
Tankönyvi és követelménybeli forrás
Tankönyv: Kémia 9–10., I. kötet, 76–79. nyomtatott oldal, a sztöchiometriai számítások alapjainak 16. leckéje. Követelmény: OH 4.4, 80. PDF-oldal, a redoxrendezéshez az 1.5.4.2 pont. Az új feladatok, ábrák és adatok saját számítási szemléltetések.
Források: Oktatási Hivatal: kémiaérettségi vizsgakövetelmények (4.4 és 1.5.4.2); Royal Society of Chemistry: a mól tanítása. Az ábrák, az animáció és a számpéldák saját szerkesztésűek.