STÖCHIOMETRISCHE BERECHNUNGEN: STUFEN UND ÜBUNGEN GELÖST - CHEMIE - 2025

Die stöchiometrischen Berechnungen sind solche, die auf der Grundlage der Massenverhältnisse der an einer chemischen Reaktion beteiligten Elemente oder Verbindungen durchgeführt werden.

Der erste Schritt, um sie durchzuführen, besteht darin, die interessierende chemische Reaktion auszugleichen. Ebenso müssen die korrekten Formeln der am chemischen Prozess beteiligten Verbindungen bekannt sein.

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Stöchiometrische Berechnungen basieren auf der Anwendung einer Reihe von Gesetzen, darunter die folgenden: Das Gesetz der Massenerhaltung; das Gesetz bestimmter Proportionen oder konstanter Zusammensetzung; und schließlich das Gesetz von mehreren Proportionen.

Das Massenerhaltungsgesetz besagt, dass bei einer chemischen Reaktion die Summe der Massen der Reaktanten gleich der Summe der Massen der Produkte ist. Bei einer chemischen Reaktion bleibt die Gesamtmasse konstant.

Das Gesetz bestimmter Anteile oder konstanter Zusammensetzung besagt, dass verschiedene Proben einer reinen Verbindung dieselben Elemente in denselben Massenanteilen aufweisen. Zum Beispiel ist reines Wasser das gleiche, unabhängig davon, woher es stammt oder von welchem ​​Kontinent (oder Planeten) es stammt.

Und das dritte Gesetz, das von mehreren Anteilen, gibt an, dass, wenn zwei Elemente A und B mehr als eine Verbindung bilden, der Anteil der Masse von Element B, der sich mit einer gegebenen Masse von Element A verbindet, in jeder der Verbindungen kann in kleinen ganzen Zahlen ausgedrückt werden. Das heißt, für A _n B _m n und m sind ganze Zahlen.

Was sind stöchiometrische Berechnungen und ihre Stadien?

Es handelt sich um Berechnungen zur Lösung der verschiedenen Fragen, die bei der Untersuchung einer chemischen Reaktion auftreten können. Dazu müssen Sie Kenntnisse über chemische Prozesse und die Gesetze haben, die sie regeln.

Mit Hilfe der stöchiometrischen Berechnung ist es beispielsweise möglich, aus der Masse eines Reaktanten die unbekannte Masse eines anderen Reaktanten zu erhalten. Sie können auch die prozentuale Zusammensetzung der in einer Verbindung vorhandenen chemischen Elemente kennen und daraus die empirische Formel der Verbindung erhalten.

Folglich ermöglicht die Kenntnis der empirischen oder minimalen Formel einer Verbindung die Festlegung ihrer Molekülformel.

Darüber hinaus ermöglicht die stöchiometrische Berechnung bei einer chemischen Reaktion zu wissen, welches das limitierende Reagenz ist oder ob es ein überschüssiges Reagenz gibt, sowie dessen Masse.

Stufen

Die Phasen hängen von der Art des gestellten Problems sowie seiner Komplexität ab.

Zwei häufige Situationen sind:

- Zwei Elemente reagieren unter Bildung einer Verbindung, und nur die Masse eines der reagierenden Elemente ist bekannt.

-Wir wollen die unbekannte Masse des zweiten Elements sowie die Masse der Verbindung kennen, die aus der Reaktion resultiert.

Bei der Lösung dieser Übungen sollte im Allgemeinen die folgende Reihenfolge eingehalten werden:

- Stellen Sie die Gleichung der chemischen Reaktion auf.

-Gleiche die Gleichung.

-Die dritte Stufe besteht darin, durch Verwendung der Atomgewichte der Elemente und der stöchiometrischen Koeffizienten den Anteil der Massen der reagierenden Elemente zu erhalten.

- Dann, unter Verwendung des Gesetzes definierter Proportionen, sobald die Masse eines reagierenden Elements bekannt ist und das Verhältnis, mit dem es mit dem zweiten Element reagiert, die Masse des zweiten Elements kennt.

- Und in der fünften und letzten Stufe, wenn die Massen der Reaktantenelemente bekannt sind, können wir anhand ihrer Summe die Masse der bei der Reaktion erzeugten Verbindung berechnen. In diesem Fall werden diese Informationen auf der Grundlage des Massenerhaltungsgesetzes erhalten.

Gelöste Übungen

-Übung 1

Was ist das verbleibende Reagenz, wenn 15 g Mg mit 15 g S zu MgS umgesetzt werden? Und wie viele Gramm MgS entstehen bei der Reaktion?

Daten:

- Masse von Mg und S = 15 g

-Atomgewicht von Mg = 24,3 g / mol.

-Atomgewicht von S = 32,06 g / mol.

Schritt 1: Reaktionsgleichung

Mg + S => MgS (bereits ausgeglichen)

Schritt 2: Legen Sie das Verhältnis fest, in dem sich Mg und S zu MgS verbinden

Der Einfachheit halber kann das Atomgewicht von Mg auf 24 g / mol und das Atomgewicht von S auf 32 g / mol gerundet werden. Das Verhältnis, in dem S und Mg kombiniert werden, beträgt 32:24, wobei die beiden Terme durch 8 geteilt werden. Das Verhältnis verringert sich auf 4: 3.

Umgekehrt beträgt das Verhältnis, in dem Mg mit S kombiniert wird, 3: 4 (Mg / S)

Schritt 3: Diskussion und Berechnung des überschüssigen Reaktanten und seiner Masse

Die Masse von Mg und S beträgt für beide 15 g, aber das Verhältnis, in dem Mg und S reagieren, beträgt 3: 4 und nicht 1: 1. Daraus kann geschlossen werden, dass der überschüssige Reaktant Mg ist, da er in Bezug auf S in einem geringeren Verhältnis gefunden wird.

Diese Schlussfolgerung kann durch Berechnung der mit 15 g S reagierenden Mg-Masse überprüft werden.

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

11,25 g Mg

Masse des überschüssigen Mg = 15 g - 11,25 g

3,75 g.

Schritt 4: Masse des bei der Reaktion gebildeten MgS basierend auf dem Gesetz der Massenerhaltung

Masse von MgS = Masse von Mg + Masse von S.

11,25 g + 15 g.

26, 25 g

Eine Übung für Bildungszwecke könnte wie folgt durchgeführt werden:

Berechnen Sie die Gramm S, die mit 15 g Mg reagieren, in diesem Fall mit einem Verhältnis von 4: 3.

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

20 g

Wenn die Situation die in diesem Fall dargestellte wäre, könnte man sehen, dass die 15 g S nicht ausreichen würden, um vollständig mit den 15 g Mg zu reagieren, denen 5 g fehlen. Dies bestätigt, dass das überschüssige Reagenz Mg ist und S das limitierende Reagenz bei der Bildung von MgS ist, wenn beide reaktiven Elemente die gleiche Masse haben.

-Übung 2

Berechnen Sie die Masse an Natriumchlorid (NaCl) und Verunreinigungen in 52 g NaCl mit einer prozentualen Reinheit von 97,5%.

Daten:

- Probenmasse: 52 g NaCl

- Reiner Prozentsatz = 97,5%.

Schritt 1: Berechnen Sie die reine Masse von NaCl

NaCl-Masse = 52 g × 97,5% / 100%

50,7 g

Schritt 2: Berechnung der Masse der Verunreinigungen

% Verunreinigungen = 100% - 97,5%

2,5%

Masse der Verunreinigungen = 52 g × 2,5% / 100%

1,3 g

Daher sind von den 52 g Salz 50,7 g reine NaCl-Kristalle und 1,3 g Verunreinigungen (wie andere Ionen oder organische Stoffe).

-Übung 3

Welche Sauerstoffmasse (O) enthält 40 g Salpetersäure (HNO ₃ ), wenn man weiß, dass ihr Molekulargewicht 63 g / mol und das Atomgewicht von O 16 g / mol beträgt?

Daten:

-Masse von HNO ₃ = 40 g

-Atomgewicht von O = 16 g / mol.

-Molekulargewicht von HNO ₃

Schritt 1: Berechnen Sie die Anzahl der Mol HNO

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

0,635 Mol

Schritt 2: Berechnen Sie die Anzahl der vorhandenen Mol O

Die Formel für HNO ₃ gibt an, dass für jedes Mol HNO ₃ 3 Mol O vorhanden sind _.

Mol O = 0,635 Mol HNO ₃ × 3 Mol O / Mol HNO ₃

1,905 Mol O.

Schritt 3: Berechnen Sie die Masse von O in 40 g HNO

g O = 1,905 Mol O x 16 g O / Mol O.

30,48 g

Mit anderen Worten, von den 40 g HNO ₃ sind 30,48 g ausschließlich auf das Gewicht der Mol Sauerstoffatome zurückzuführen. Dieser große Sauerstoffanteil ist typisch für Oxoanionen oder deren tertiäre Salze ( z. B. NaNO ₃ ).

-Übung 4

Wie viele Gramm Kaliumchlorid (KCl) entstehen, wenn sich 20 g Kaliumchlorat (KClO ₃ ) zersetzen ? Wissen, dass das Molekulargewicht von KCl 74,6 g / mol und das Molekulargewicht von KClO ₃ beträgt 122,6 g / mol

Daten:

-Masse von KClO ₃ = 20 g

-Molekulargewicht von KCl = 74,6 g / mol

-Molekulargewicht von KClO ₃ = 122,6 g / mol

Schritt 1: Reaktionsgleichung

2KClO ₃ => 2KCl + 3O ₂

Schritt 2: Berechnen Sie die Masse von KClO

g KClO ₃ = 2 Mol × 122,6 g / Mol

245,2 g

Schritt 3: Berechnen Sie die Masse von KCl

g KCl = 2 Mol × 74,6 g / Mol

149,2 g

Schritt 4: Berechnen Sie die durch Zersetzung erzeugte Masse an KCl

245 g KClO ₃ werden durch Zersetzung von 149,2 g KCl hergestellt. Dieses Verhältnis (stöchiometrischer Koeffizient) kann dann verwendet werden, um die Masse an KCl zu ermitteln, die aus 20 g KClO _{3 hergestellt wird} :

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

12,17 g

Beachten Sie, wie das Massenverhältnis von O ₂ innerhalb von KClO _{3 ist} . Von den 20 g KClO ₃ ist knapp die Hälfte auf Sauerstoff zurückzuführen, der Teil des Oxoanionchlorats ist.

-Übung 5

Finden Sie die prozentuale Zusammensetzung der folgenden Substanzen: a) Dopa, C ₉ H ₁₁ NO ₄ und b) Vanillin, C ₈ H ₈ O ₃ .

a) Dopa

Schritt 1: Finden Sie das Molekulargewicht von Dopa C.

Zu diesem Zweck wird das Atomgewicht der in der Verbindung vorhandenen Elemente zunächst mit der Anzahl der Mol multipliziert, die durch ihre Indizes dargestellt werden. Um das Molekulargewicht zu ermitteln, werden die Gramm hinzugefügt, die von den verschiedenen Elementen beigesteuert werden.

Kohlenstoff (C): 12 g / mol · 9 mol = 108 g

Wasserstoff (H): 1 g / mol × 11 mol = 11 g

Stickstoff (N): 14 g / mol · 1 mol = 14 g

Sauerstoff (O): 16 g / mol × 4 mol = 64 g

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

197 g

Schritt 2: Ermitteln Sie die prozentuale Zusammensetzung der in Dopa enthaltenen Elemente

Hierzu wird sein Molekulargewicht (197 g) als 100% angenommen.

% C = 108 g / 197 g × 100%

54,82%

% H = 11 g / 197 g × 100%

5,6%

% von N = 14 g / 197 g × 100%

7,10%

% O = 64 g / 197 g

32,48%

b) Vanillin

Teil 1: Berechnung des Molekulargewichts von Vanillin C.

Zu diesem Zweck wird das Atomgewicht jedes Elements mit der Anzahl seiner vorhandenen Mol multipliziert, wobei die Masse addiert wird, die von den verschiedenen Elementen beigetragen wird

C: 12 g / mol · 8 mol = 96 g

H: 1 g / mol · 8 mol = 8 g

Oder: 16 g / mol × 3 mol = 48 g

Molekulargewicht = 96 g + 8 g + 48 g

152 g

Teil 2: Finden Sie den Prozentsatz der verschiedenen Elemente in Vanillin

Es wird angenommen, dass sein Molekulargewicht (152 g / mol) 100% darstellt.

% C = 96 g / 152 g × 100%

63,15%

% von H = 8 g / 152 g × 100%

5,26%

% O = 48 g / 152 g × 100%

31,58%

-Übung 6

Die prozentuale Massenzusammensetzung eines Alkohols ist wie folgt: Kohlenstoff (C) 60%, Wasserstoff (H) 13% und Sauerstoff (O) 27%. Holen Sie sich Ihre Mindestformel oder empirische Formel.

Daten:

Atomgewichte: C 12 g / mol, H 1 g / mol und Sauerstoff 16 g / mol.

Schritt 1: Berechnung der Molzahl der in Alkohol enthaltenen Elemente

Die Masse des Alkohols wird mit 100 g angenommen. Folglich beträgt die Masse von C 60 g, die Masse von H 13 g und die Masse von Sauerstoff 27 g.

Berechnung der Molzahl:

Molzahl = Masse des Elements / Atomgewicht des Elements

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

5 Mol

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

13 Mol

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

1,69 Mol

Schritt 2: Erhalten Sie die minimale oder empirische Formel

Ermitteln Sie dazu das Verhältnis der ganzen Zahlen zwischen den Molzahlen. Dies dient dazu, die Anzahl der Atome der Elemente in der Minimalformel zu erhalten. Zu diesem Zweck werden die Mol der verschiedenen Elemente in geringerem Maße durch die Molzahl des Elements geteilt.

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

Abgerundet auf diese Zahlen lautet die Mindestformel: C ₃ H ₈ O. Diese Formel entspricht der von Propanol, CH ₃ CH ₂ CH ₂ OH. Diese Formel ist jedoch auch die der Verbindung CH ₃ CH ₂ OCH ₃ , Ethylmethylether.

Verweise

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