Előrejelzés
Az N2 + 3 H2 → 2 NH3 reakcióban azonos hőmérsékleten és nyomáson 10,0 dm3 N2-t és 24,0 dm3 H2-t reagáltatunk. Legfeljebb mekkora térfogatú NH3 keletkezhet ugyanazon az állapoton?
Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.
A téma lényege
Összetett képlet- és sztöchiometriai feladatok több reakciólépéssel, elegyekkel, oldatokkal, gázokkal, tisztasággal és kitermeléssel.
A jegyzet a Képlet- és reakcióegyenlet-számítások vizsgán szükséges fogalmait, összefüggéseit, egyenleteit és számítási lépéseit rendezi egyetlen áttekinthető tanulólapba.
Amit biztosan tudnod kell
- Empirikus képlet meghatározásakor a komponensek tömegét anyagmennyiséggé alakítjuk, majd a legkisebbhez viszonyított arányt egyszerű egész számokra hozzuk.
- Molekulaképlethez az empirikus képlet moláris tömege és a valódi moláris tömeg aránya adja az egész számú szorzót.
- Reakciószámítás első lépése a helyes, rendezett egyenlet. Az együtthatók anyagmennyiség- és részecskeszám-arányt, azonos T,p mellett gázoknál térfogatarányt jelentenek, nem tömegarányt.
- Korlátozó reagensből keletkezhet legfeljebb a termék. Minden reagensre számítsd ki a lehetséges reakció-előrehaladást; a legkisebb szabja meg a maximumot.
- A százalékos hozam a tényleges és elméleti termékmennyiség aránya. A tisztasági százalék azt mondja meg, a minta mekkora része reagáló anyag.
- Egymást követő reakcióknál az egyik lépés terméke a következő lépés kiindulási anyaga. A teljes hozam a lépésenkénti hozamok szorzata, tört alakban.
- Égésanalízisben a CO2 anyagmennyisége a szén, a H2O kétszerese a hidrogénatom anyagmennyiségét adja; az oxigént gyakran tömegkülönbségből határozzuk meg.
- Több lehetséges reakcióút esetén külön anyagmérleget és szelektivitást kell felírni. A konverzió, hozam és szelektivitás nem ugyanaz a mennyiség.
Kulcsfogalmak
- tapasztalati képlet
- molekulaképlet
- sztöchiometriai arány
- limitáló reagens
- termelési százalék
- szennyezettség
- elegyösszetétel
- empirikus képlet
- hozam
- reakciólánc
A kulcsgondolat: minden reakciólépés közös pénzneme az anyagmennyiség
Összetett feladatban a tömeg, oldattérfogat, koncentráció, gáztérfogat, részecskeszám, tisztaság és kitermelés különböző információt ad. Ezeket mólra fordítva lehet ugyanabba az anyagmérlegbe helyezni.
A rendezett egyenletben a nν hányados azt mutatja, hány „reakcióegység” áll rendelkezésre az adott anyagból. Egy reakciólépés mértékét a reagálók közül a legkisebb nν határozza meg. Többlépéses folyamatban az egyik lépés terméke a következő lépés kiindulási anyaga.
Tisztaság és kitermelés: két külön korrekció
A tisztaság megmondja, a kiindulási mintából mennyi a valóban reagáló anyag. Ezt a reakcióegyenlet használata előtt alkalmazzuk. A kitermelés a tényleges és elméleti termék aránya; ezt az elméleti termék kiszámítása után alkalmazzuk.
Ha egy folyamat több lépésből áll és minden lépésnek külön kitermelése van, a részkitermelések tört alakú értékei szorzódnak. Ne alkalmazd ugyanazt a százalékot kétszer.
Összetételből képlet
Vegyél 100 g mintát, így a tömegszázalék grammként olvasható. Minden elem tömegét oszd moláris tömegével, majd a kapott anyagmennyiségeket a legkisebbel. A közel egész arány a tapasztalati képlet indexe. Ha tört marad (például 1,5), az egész sort megfelelő kis egész számmal szorozd.
A molekulaképlet a tapasztalati képlet egész számú többszöröse. A szorzó a megadott moláris tömeg és a tapasztalati képlet moláris tömegének hányadosa.
Egyenletből mólarány
A rendezett egyenlet együtthatói anyagmennyiség-arányt adnak. Minden megadott tömeget/térfogatot előbb anyagmennyiséggé alakíts, használd a mólarányt, majd térj vissza a kért mennyiséghez. Több reagensnél külön számítsd, melyikből mennyi termék képződhet: a kisebb eredmény jelzi a limitálót.
A termelési százalék a tényleges és elméleti termék aránya. Szennyezett mintában csak a tiszta, reagáló rész vesz részt; inert szennyező tömege nem kerül az egyenlet mólarányába.
Az egyenlet a mennyiségi híd
Rendezd az egyenletet, alakíts minden adatot mollá, használd az együtthatók arányát, majd alakíts a keresett mennyiségre. Több lépésnél az egyik reakció terméke a következő kiindulása; a közös köztes anyagmennyiség köti össze a lépéseket. A hozam minden lépésben szorzótényező.
Elegy és limitáló reagens
Jelöld a komponensek anyagmennyiségét x,y változóval. A teljes tömeg/térfogat egy egyenletet, a gázfejlődés, titrálás, csapadék vagy maradék további független egyenletet ad. Limitáló reagensnél minden kiinduló komponensből számíts lehetséges terméket, a kisebb határt fogadd el.
Képletmeghatározás
Elemanalízisben az egyes elemek anyagmennyiségét arányosítsd a legkisebbel; közel egész arány adja az empirikus képletet. A molekulaképlethez moláris tömeg kell. Égésanalízisben CO2-ből C, H2O-ból H; oxigén tömegét gyakran különbséggel kapjuk. Ellenőrizd, hogy az összetétel 100%-ot és értelmes vegyértéket ad.
Sztöchiometriai anyagmérleg
ξmax = min[niνi] a reagálókra
n(termék) = ν(termék)·ξ
ni,vég = ni,kezdet − νi·ξ
A ξ reakciókoordináta itt a lejátszódó reakcióegységek anyagmennyisége. A középszintű nν módszer tömör emelt szintű alakja.
Termelési százalék
η = m(tényleges termék) / m(elméleti termék) · 100%
Tisztaság
tisztaság% = m(tiszta anyag) / m(minta) · 100%
Empirikus arány
ni = miMi
az ni értékeket a legkisebbel osztjuk
Molekulaképlet szorzója
k = M(molekula)/M(empirikus egység)
Reakció-előrehaladás
ξ = Δni/νi
Százalékos hozam
η = n(tényleges)/n(elméleti) · 100%
Tisztaság
w% = m(tiszta anyag)/m(minta) · 100%
Hozam
η = n(tényleges termék) / n(elméleti termék)
Empirikus arány
n(C):n(H):n(O):… → legkisebb egész számok
Anyagmennyiség-alapú térkép két egymást követő reakciólépéshez
Kidolgozott lépés
Egy 3,00 g tömegű, csak szenet és hidrogént tartalmazó vegyület tökéletes égésekor 8,80 g CO2 és 5,40 g H2O keletkezik. A vegyület moláris tömege 30,0 g mol−1. Határozd meg a képletét.
1. lépés: szénatomok
Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.
n(CO2) = 8,8044,0 = 0,200 mol. Minden CO2-molekulában egy C-atom van, ezért n(C) = 0,200 mol.
Kidolgozott lépés
10,0 g, 90,0 tömeg% CaCO3-t tartalmazó mészkőből savval CO2-t fejlesztünk, majd a gázt 250 cm3 1,000 mol dm−3 NaOH-oldatba vezetjük. Tegyük fel, hogy CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O megy végbe. Használd M(CaCO3) = 100,0 g mol−1 értéket.
1. lépés: a keletkező CO2
Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.
A tiszta CaCO3 tömege 10,0 · 0,900 = 9,00 g, ezért n(CaCO3) = 9,00100,0 = 0,0900 mol. A CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O 1 : 1 aránya miatt 0,0900 mol CO2 keletkezik.
Alkalmazási feladat
100,0 g vasérc 85,0 tömeg% Fe2O3-at tartalmaz. A Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2 redukció 92,0%-os kitermelésű. Használd M(Fe2O3) = 160,0 g mol−1 és M(Fe) = 56,0 g mol−1 értékeket. Hány gramm vas keletkezik?
Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.
Felidéző gyakorlás
Melyik állítás hibás összetett sztöchiometriai feladatban?
Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.
Nyisd le, ha a részletes követelményszöveget szeretnéd ellenőrizni. A tanuláshoz először a fenti összefoglalót használd.
4.4 — Képlet- és reakcióegyenlet-számítások
Középszintű követelmények
Számítások a képlettel és a kémiai egyenlettel kapcsolatban Összegképlet
- Fogalmak: az összegképlet jelentése
- Elvárt művelet: Értse a tapasztalati és a molekulaképlet közötti különbséget. Alkalmazza az összegképlet és a tömegszázalékos összetétel kapcsolatát a kémiai számításokban, tudja meghatározni a molekulaképletet a tömegszázalékos összetétel és a moláris tömeg ismeretében.
Sztöchiometria
- Fogalmak: a kémiai egyenlet, termelési százalék, szennyezettség
- Elvárt művelet: Értse a kémiai egyenlet jelentéseit. Használjon a reakcióegyenleteket a sztöchiometriai számításokban. Alkalmazza az oldatok összetételével, a termelési százalékkal és a szennyezettséggel kapcsolatos összefüggéseket a kémiai számításokban.
További emelt szintű követelmények
Sztöchiometria
- Elvárt művelet: Határozza meg porkeverékek és gázelegyek összetételét, szerves és szervetlen vegyületek összetételét (képletét) a reakcióegyenlet alapján.
Gyors önellenőrzés
- 24 órán belül: zárt könyvvel írd le a három fő oksort.
- 3–4 nap múlva: oldd meg újra az alkalmazást, és javítsd a tévképzetet.
- 1–2 hét múlva: kapcsolj hozzá egy másik témakört vagy kísérletet.