Stechiometria. Nauka o ilościach materiałów zużywanych i otrzymywanych w reakcjach chemicznych

Transkrypt

1 Stechiometria Nauka o ilościach materiałów zużywanych i otrzymywanych w reakcjach chemicznych

2 Pojęcie mola Liczba atomów zawarta w 12 g czystego 12 C. 1 mol = Liczba Avogadry

3 Masa molowa/masa atomowa masa 1 mola związku CO 2 = g/mol masa jednej cząsteczki CO 2 = a.j.m.

4 Implikacje definicji mola Przykład 1 Przeliczenie a.j.m. gram 1 a.j.m. 1/12 masy 1 atomu 12 C masa 1 mola 12 C 12 g/mol 1 mol N= atomów 12 C m1 atom g 1 atom = mol = g 23 atomów mol 1 a.j.m. = g = g

5 Wyznaczanie liczby Avogadry Prawo Avogadry: dla dowolnego gazu przy p=const i T=const V=const i N=const

6 Wyznaczanie liczby Avogadry doświadczenie Rutheforda Ra α licznik Neutralizacja α Pomiar V He Liczba zliczeń N α = Objętość He V He = 0.0 cm 3 T=0 o C

7 Wyznaczanie liczby Avogadry C + O 2 CO 2 def. mola g C (miesz. izotopów) O 2 spalanie wymrażanie pomiar V CO 2 O 2 prawo Avogadry 00. cm cm N = N = Objętość CO 2 V CO2 = cm 3 T=0 o C

8 Język symboli - atomy Z A X Z masa atomowa A liczba atomowa Prepared by Swanson Technologies

9 Język symboli - cząsteczki Liczba atomów w cząsteczce homoatomowej O 2, S 8 w cząsteczce heteroatomowej Ca 3 (PO 4 ) 2 lub Ba(OH) 2 Ładunek jonu Ca 2+, S 2-

10 Wizualizacja cząsteczek H 2 O freeware

11 Wizualizacja cząsteczek

12 Skład procentowy związków mass Udział procentowy masy danego pierwiastka w związku: mass of element in compound % = 100% mass of compound Dla tlenku żelaza (III) (Fe 2 O 3 ) mass % Fe = 100% = %

13 Wzory empiryczne i rzeczywiste wzór rzeczywisty = (wzór empiryczny) n [n = l. naturalna] wzór rzeczywisty = C 6 H 6 = (CH) 6 wzór empiryczny = CH

14 Określanie wzoru empirycznego związku 1. Oprzyj obliczenia na 100 g związku 2. Określ liczbę moli poszcz. pierwiastków w 100 g związku 3. Podziel każdą ilość moli przez najmniejszą spośród nich 4. Pomnóż otrzymane wartości przez liczbę naturalną tak by otrzymać najmniejsze całkowite wartości

15 Określanie wzoru empirycznego związku Przykład Oblicz wzór węglowodoru zawierającego 7.69 % H C x H y g 7.69 g H oraz g C H : C = : : 1 n n H C 7.69g = g mol 92.31g = g mol = 7.63 mol = 7.69 mol CH Związek może być acetylenem C 2 H 2 lub benzenem C 6 H 6

16 Równania reakcji Opisują przemianę chemiczną związaną z reorganizacją atomów w cząsteczkach

17 Równanie reakcji Reprezentacja reakcji chemicznej: CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 substraty produkty prawo zachowania masy

18 Równanie reakcji jak czytać? CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 The equation is balanced. 1 mole of methane reacts with 1 mole of water to produce 1 mole of carbon oxide and 3 moles of hydrogen

19 Równanie reakcji jak czytać? C 2 H 5 OH (g) + 3O 2 (g) 2CO 2 (g) + 3H 2 O (g) Number of reacting atoms and molecules molecule of ethanol reacts with 3 molecules of oxygen to produce 2 molecules of carbon dioxide and molecules of water Number of moles of atoms/molecules of reactants and products 1 mole of ethanol reacts with 3 moles of oxygen to produce 2 moles of carbon dioxide and 3 moles of water Masses of reactants and products 46 g of ethanol reacts with 96 g (3x32 g) of oxygen to produce 88 g (2x44 g) of carbon dioxide and 54 g (3x18 g) of water States of reactants and products Under given conditions gaseous ethanol reacts with gaseous oxygen to produce gaseous Volumes of gaseous reactants and products 1 volume of ethanol reacts with 3 volumes of oxygen to produce 2 volumes of carbon dioxide and 3 volumes of water

20 Obliczenia stechiometryczne 1. Zbilansuj równanie. 2. Konwertuj masy na mole. 3. Ustal stosunki molowe na podst. równania. 4. Użyj ich do obliczenia liczby reagujących moli wg danych. 5. Przelicz mole na g, jeśli potrzeba.

21 Obliczenia stechiometryczne Przykład Ile gramów CO 2 otrzymamy utleniając 96.1 g propanu (C 3 H 8 ) C 3 H 8(g) + 5 O 2(g) 3 CO 2(g) + 4 H 2 O (g) M C3H8 = 44.1 g/mol, M CO2 = 44.0 g/mol n C3H8 = 96.1 g/44.1 g/mol = 2.18 mol C 3 H 8(g) : CO 2(g) = 1 : 3 n CO2 = = 6.54 mol m CO2 = 44 g/mol 6.54 mol = 288 g

22 Film1 substrat limitujacy.mov Substrat limitujący Substrat limitujący jest tym substratem, który w reakcji zużywa się pierwszy ograniczając ilość powstających produktów.

23 Substrat limitujący Dla reakcji: CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 substraty produkty

24 03_ _1524 No problem, if they are mixed in stoichimetric ratio But, if one reactant is in excess (H 2 O) not all molecules react 03_1525

25 Obliczenia stechiometryczne 1. Zbilansuj równanie. 2. Konwertuj masy na mole. 3. Określ, który substrat jest limitujący 4. Ustal stosunki molowe na podst. równania. 5. Użyj ich do obliczenia liczby reagujących moli względem substratu limitującego. 6. Przelicz mole na g, jeśli potrzeba.

26 Obliczenia stechiometryczne Przykład 1 CH S CS H 2 S Methane is the main component of marsh gas. Heating methane in presence of sulfur produces carbon disulfide and hydrogen sulfide. Calculate the amount of carbon disulfide when g of methane is reacted with an equal mass of sulfur?

27 data CH 4 S CS 2 H 2 S m [g]? M [g/mol] n = m/m [mol] stosunek substr. z danych z równania stech. rozwiązanie n [mol] m = n M [g]

28 data CH 4 S CS 2 H 2 S m [g]? M [g/mol] n = m/m [mol] stosunek substr. z danych z równania stech. rozwiązanie n [mol] m = n M [g]

29 data CH 4 S CS 2 H 2 S m [g]? M [g/mol] n = m/m [mol] = = 3.74 stosunek substr. z danych z równania stech. rozwiązanie n [mol] m = n M [g]

30 data CH 4 S CS 2 H 2 S m [g]? M [g/mol] n = m/m [mol] = = 3.74 stosunek substr. z danych z równania stech. rozwiązanie n [mol] m = n M [g]

31 data CH 4 S CS 2 H 2 S m [g]? M [g/mol] n = m/m [mol] = = 3.74 stosunek substr. z danych z równania stech rozwiązanie n [mol] m = n M [g]

32 data CH 4 S CS 2 H 2 S m [g]? M [g/mol] n = m/m [mol] = = 3.74 stosunek substr. z danych z równania stech rozwiązanie LR n [mol] m = n M [g]

33 data CH 4 S CS 2 H 2 S m [g]? M [g/mol] n = m/m [mol] = = 3.74 stosunek substr. z danych z równania stech rozwiązanie LR n [mol] = m = n M [g]

34 data CH 4 S CS 2 H 2 S m [g]? M [g/mol] n = m/m [mol] = = 3.74 stosunek substr. z danych z równania stech rozwiązanie LR n [mol] = m = n M [g] = 71.2

35 Obliczenia stechiometryczne Przykład 2 What is the maximum mass of sulfur dioxide that can be produced by the reaction of 95.6 g of carbon disulfide with 110 g of oxygen? CS2 + 3O 2 CO2 + 2 SO ? n stech, mol M, g/mol m, g

36 g g/mol. mol mol n, / n, mol m, g? -. M, g/mol...., mol n SO CO O CS stech = = + +