4 סטויכיומטריה
Transcription
4 סטויכיומטריה
היבטים כמותיים בכימיה )סטויכיומטריה( היבטים כמותיים בכימיה )סטויכיומטריה( סטויכיומטריה היא תחום בכימיה העוסק בכמויות ובריכוזים של החומרים המשתתפים בתגובות כימיות . למה נצפה? רוב בעיות הסטויכיומטריה מציגות כמויות של מגיבים ,ושואלות איזה כמות של תוצרים תיווצר או להיפך. 3C 2A + 2B חישובים מתוך משוואות כימיות משוואה כימית מאוזנת -מספקת מידע איכותי וכמותי על החומרים המשתתפים בתהליך הכימי והתוצרים המתקבלים בו. בעזרתה ניתן לדעת: יחס בין המסות של כל החומרים מספרי המולים ,מספרי האטומים והמולקולות את הנפחים של הגזים בתגובה נתונה 1 דוגמא כללית 3C 2A + 2B נתונים 20גרם של חומר Aועודף של .B כמה גרמים של חומר Cיכולים להיווצר? שלבי חישוב בעיות בסטויכיומטריה שלב -1יש לבדוק שהתגובה מאוזנת. שלב -2יש להפוך את המסות הנתונות למולים ,תוך שימוש במסות מולריות. שלב -3יש לחזות את כמות התוצרים בהתאם ליחסי המולים בתגובה, תוך התחשבות בגורם המגביל. שלב -4הופכים את המולים שחושבו למונחים של מסה או נפח בהתאם לנדרש ,תוך התחשבות במסה מולרית. יחסי מולים בתגובה נתונה תגובה ליצירת מים 2H2O 2H2O + O2 היחס המולי בין H2ל O2 -הוא .2 : 1 היחס המולי בין H2ל H2O -הוא .1 : 1 היחס המולי בין O2ל H2O -הוא .1 : 2 2 משמעות המקדמים בתגובה 1 N2 + 2 NH3 3 H2 2 mole 3 mole 1 mole 2 molecule 3 molecule 1 molecule 2L 3L 1L משמעות המקדמים בתגובה שימוש במקדמים מאפשר השוואה של: מול למול נפח לנפח חלקיקים לחלקיקים )אטומים, מולקולות או יחידות נוסחה( לעולם לא לחשב בגרמים!!! משמעות המקדמים בתגובה )6.022 × 1023 (particles = 1 mole )22.4 L (STP 3 מגיב )ריאגנט( מגביל מגיב )ריאגנט( מגביל ריאגנט מגביל -זה שנמצא בכמות המעטה ביותר ויגיב במלואו. + כאשר המגיבים אינם מופיעים בכמויות סטויכיומטריות ,התגובה תתרחש עד שאחד המגיבים יגמר .בסוף התגובה ,חלק מהמגיבים עדיין קיימים )אלה שבעודף(. בעיות מול -מול 3H2 2NH3 N2 + 2.00מולים של חנקן מגיבים עם מימן בעודף .כמה מולים של אמוניה ייווצרו? = x 2.00 2 1 = NH3 2 N2 1 = NH3 N2 4 = Xמולים של אמוניה. 4 בעיות מול -מול נניח ש 6.00 -מולים של מימן מגיבים עם חנקן בעודף. כמה מולים של אמוניה יתקבלו? x 6.00 )4.00 mol (NH3 = 2 = = 3 NH3 H2 6.00×2 = X 3 בעיות מול -מסה 2KClO3 2KCl + 3O2 בתגובה הנ"ל מתפרקים 1.5מולים של . KClO3 כמה גרמים של O2יווצרו? בעיות מול -מסה 1.5 X = 2 3 1.5 X = 2 3 = KClO3 O2 )X= 2.25 mol (O2 )2.25 mol (O2) × 32.0 g/mol = 72.0 g (O2 5 בעיות מול -מסה נניח כי רוצים לייצר 2.75 molשל .KClכמה גרם של KClO3נחוצים? 2.75 x 2 = 1 2.75 x KCl 2 = = KClO3 1 )X= 2.75 mol (KClO3 )2.75 mol (KClO3) × 122.55 g/mol = 337.0 g (KClO3 בעיות מסה מסה צעדים בפתרון בעיות מסוג זה: יש להקפיד לעבוד עם משוואה מאוזנת. יש להפוך גרמים של כל חומר נתון למולים. לחשב את מספר המולים הנעלמים תוך שימוש ביחסים הסטויכיומטרים בתגובה. יש להפוך את המולים שהתקבלו לערך הנדרש )מסה ,נפח וכו'(. הערות מתוך שגיאות נפוצות: .1יש לבדוק פעמיים את איזון המשוואה. .2יש להתייחס ליחסים הסטויכיומטרים. .3לעולם לא להכפיל את המסה המולרית של החומר במקדם שלו בתגובה. לדוגמא בנוסחה בה מצוין 2H2Oהמסה המולרית של מים היא 18.0 g/molולא .36.0 g/mol 6 שאלה לדוגמא: כמה גרם של כלור ישתחררו מפירוק של 64.0גרם AuCl3 בהתאם לתגובה: 2AuCl3 2Au + 3 Cl2 המשך = 0.211 mol AuCl3 Cl2 64.0g 303.32 g/mol 2 3 = 0.211 mol x 0.316 mol × 70.906 g/mol=22.4 g שאלה לדוגמא: מהי המסה של AgClשניתן להכין מ 200.0 gr -של AlCl3 ועודף של AgNO3בהתאם לתגובה: 3AgCl + Al(NO3)3 3AgNO3 + AlCl3 7 המשך AlCl3 AgCl 1.50 mol 200.0g = 1.50 mol 133.34 g/mol = x 1 3 4.5 mol × 143.32 g/mol=645 g :שאלה לדוגמא 2KI + Pb(NO3)2 PbI2 + 2KNO3 KI של30.0 gr הנוצר כאשרPbI2 י את המסה של/חשב : בהתאם לתגובהPb(NO3)2 מגיבים עם עודף של המשך KI 30.0g PbI2 0.181 x 166.00 g/mol = = 0.181 mol 2 1 0.090 mol × 461.01 g/mol= 41.6 g 8 יחסי נפח מול אחד של כל גז/ים תופס בתנאים תקינים ,נפח של 22.4ליטר. כיוון שיחסי המולים במשוואה כימית ידועים ,ניתן לדעת את יחסי הנפחים. שאלה לדוגמא: מימן מגיב עם חנקן תוך יצירת אמוניה NH3 א .רשום משוואה מאוזנת להפקת אמוניה ממימן וחנקן ב .כמה מולקולות של אמוניה ניתן לקבל מ 840 -גרם חנקן? ג .כמה ליטרים של מימן)ב (S.T.P -מגיבים עם ק"ג אחד של חנקן? יחסי נפח א. ב. )3H2(g) + N2(g )2NH3(g 1 2 יחסי מולים n= 840g/28 g/ mole=30 moleמס' מולים חנקן שהגיבו n= 30 × 2 = 60 mole מס' מולים אמוניה שהתקבלו = 60 × 6.02×1023 = 3.612×1025מס' מולקולות אמוניה שהתקבלו יחסי נפח )2NH3(g )3H2(g) + N2(g יחסי מולים 3 מס' מולים חנקן שהגיבו: מס' מולים מימן שמגיבים עם ק"ג חנקן: נפח המימן בליטרים: 1 n= 1000g/28g/mole= 35.714 mole n= 35.714 × 3 = 107.14 mole = V= 107.14 mole × 22.4L/mole 2399.99 L 9 שאלה לדוגמא: Fe2O3 + 3CO 2 Fe + 2 CO2 ?g 61.4 g MW [Fe2O3] = 159.6 g/mol 0.384 mol = 61.4 g = ]n [Fe2O3 160 g/mol שאלה לדוגמא: Fe2O3 + 3CO 2 Fe + 2 CO2 ?g X= 1.15 mol 0.384 mol X = 1 3 = 61.4 g ][Fe2O3 ][CO 28 g/mol × 1.15 mol = 32.2 g ניצולת :yield • עד כה בכל החישובים הנחנו שתנאי התגובה היו אידיאלים ושהכמות המקסימאלית של תוצר התקבלה )הנחנו שמדובר בניצולת השווה ל .(100% • במציאות תגובות מושפעות מגורמים רבים המקטינים את הניצולת. 10 גורמים המשפיעים על ניצולת • טמפרטורה • סוג המיכל • לחץ • מדיום • מצב צבירה • תגובות צדדיות שאלה לדוגמא: • דוגמא של 50 gכסף ניטרט מעורבבת על 50 gחומצה הידרוכלורית. מתקבל משקע לבן ,כסף כלוריד .מסננים את התמיסה ,אוספים את המשקע הלבן ומיבשים אותו .מסת המשקע הלבן 33.6 g :מהי הניצולת? • פתרון :הניצולת הינה 78% שאלה לדוגמא: • ניתן לקבל את חומר הדשן אמוניום סולפט בתהליך שניסוחו: )(NH4)2SO4 (S )NH3 (g) + H2SO4 (l • אזנו את התגובה. • הכניסו לכלי הריאקציה 1000 :גר' אמוניה 2597 ,גר' חומצה גופרתית וקיבלו 3.4גר' דשן .מהי ניצולת התהליך? 11 פיתרון ריאגנט מגביל 1000 gr 17 gr/mol = 58.85 mol = n NH 2597 gr 98 gr/mol = 26.5 mol = n H SO 3 4 2 3400 gr = 132 gr/mol = 25.76 mol n (NH4)2SO4 המשך פיתרון • ניתן לראות שקיבלנו 25.76 molתוצר במקום לקבל .26.5 mol • אם כן הניצולת הינה: 25.76 26.5 X 100 = 97.2 % 12