Стехиометрия и стехиометрические расчеты

Иеремия Рихтер, немецкий химик, был первым, кто создал или открыл слово стехиометрия. Количественный анализ реагентов и продуктов, участвующих в химической реакции, известен как химическая стехиометрия. Название «стехиометрия» происходит от греческих слов «стойхейн» (элемент) и «метрон» (мера). Ниже мы изучим, что это означает, и обсудим различные компоненты этой темы.

Что такое стехиометрия?

Расчет продуктов и реагентов в химической реакции известен как стехиометрия. Это ключевое понятие в химии, которое позволяет нам вычислять количества реагентов и продуктов, используя сбалансированные химические уравнения. В этом случае используются коэффициенты сбалансированного уравнения. В общем, на все реакции влияет один фундаментальный фактор — количество присутствующего вещества.

Stoichiometry is the measurement of the products and reactants in any chemical reaction. The term “stoichiometry” is derived from two Greek words: “stoichion,” which refers to element determination, and “metry,” which refers to measurement.

Более того, стехиометрия основана на законе сохранения массы, который гласит, что общая масса реагентов равна общей массе продуктов, доказывая, что числа продукта и реагента часто указываются как положительное целочисленное отношение. Это показывает, что, если вы знаете количество конкретных продуктов, вычислить количество продукта несложно. Вычисление других реагентов также возможно, если количество одного реагента известно, а результирующее количество может быть рассчитано с помощью эксперимента.

Стехиометрия — это измерение количественного соотношения между продуктами и реагентами химического процесса, выраженное в массовых или объемных соотношениях. Стехиометрия — это фундаментальный математический принцип, описывающий правило сохранения массы, согласно которому материя не может быть создана или уничтожена, а может только переходить из одного состояния в другое. Для протекания и завершения химической реакции требуется сбалансированная стехиометрия. В химической реакции количество каждого химического элемента на стороне продукта должно быть равно количеству соответствующего элемента на стороне реагента. Стехиометрия помогает определить количество требуемого или присутствующего вещества. Ниже приведены характеристики, которые можно измерить:

• Масса реагентов и продуктов
• Молекулярная масса
• Химическое уравнение, утверждает сторону реагента.
• Химические уравнения

Что такое стехиометрический коэффициент?

Количество молекул, участвующих в процессе, известно как стехиометрический коэффициент или стехиометрическое число. Когда вы посмотрите на сбалансированную реакцию, вы увидите, что обе части уравнения содержат одинаковое количество элементов. Число перед атомами, молекулами или ионами известно как стехиометрический коэффициент. Дроби и целые числа могут использоваться как стехиометрические коэффициенты. Коэффициенты существенно помогают нам определить молярное соотношение между реагентами и продуктами.

Обе части уравнения имеют одинаковое количество компонентов в сбалансированной реакции. Стехиометрический коэффициент - это число, написанное перед атомами, ионами и молекулами в химической реакции, чтобы сбалансировать количество каждого элемента как в реагенте, так и в продукте уравнения. Хотя в качестве стехиометрических коэффициентов можно использовать дроби, чаще используются и предпочтительнее целые числа. Поскольку они устанавливают молярное соотношение между реагентами и продуктами, эти стехиометрические коэффициенты полезны. Стехиометрический коэффициент – это число молекул реагента, участвующих в реакции.

Consider the following equation:

aA + bB ⇌ cC + dD

The Stoichiometric coefficients of the A, B, C, and D, respectively, are a, b, c, and d in this equation.

Стехиометрия в химическом анализе

Химики часто используют стехиометрические расчеты, которые следуют подходу количественного анализа, для количественного определения количества химических веществ, присутствующих в образце. Существуют две основные формы анализа. Мы рассмотрим их более подробно позже.

• Гравиметрический расчет . В аналитической химии гравиметрический анализ относится к количественному определению аналита на основе массы твердого вещества. Гравиметрический анализ дает наиболее точные результаты по сравнению с любым другим аналитическим методом, поскольку вес вещества может быть измерен с большей точностью, чем другие фундаментальные величины.

The following are several types of gravimetric analysis.

• Precipitation gravimetry – It entails isolating an ion in solution by a precipitation reaction, filtering, washing the precipitate to remove impurities, and finally weighing and measuring the precipitate’s mass by difference.
• Volatilization gravimetry – The process of separating components of a mixture by heating or chemically decomposing the sample is known as volatilization gravimetry.
• Electrogravimetry – It comprises the electrochemical reduction of metal ions at the cathode as well as the deposition of ions on the cathode at the same time. The mass of analyte initially present in the sample is determined by weighing the cathode before and after electrolysis, and the weight difference corresponds to the mass of analyte initially present in the sample.

• Объемный анализ . Объемный анализ — это процесс количественного определения вещества по объему. При объемном анализе известный объем (V ₁ ) материала, концентрация которого (N ₁ ) известна, вступает в реакцию с неизвестным объемом (V ₂ ) раствора вещества, концентрацию которого (N ₂ ) необходимо предсказать. В конце отклика записывается объем V ₁ . Следующее уравнение используется для расчета концентрации N ₂ .

Н ₂ х В ₂ = Н ₁ х В ₁

Volumetric analysis terms include:

• Titration – Titration is the process of determining the volume of solution required to thoroughly react with the volume of another solution.
• Indicator – Indicators are chemicals that change color as the reaction progresses.
• Titrant – A titrant is a solution with a known strength.
• Titrate – The solution whose concentration is to be estimated is referred to as titrate.

Стехиометрические расчеты

Очень важно решать стехиометрические задачи. Это требует понимания и использования идеи крота, а также балансировки химических уравнений и тщательного преобразования единиц измерения. Трудности, основанные на химических уравнениях, можно разделить на следующие категории.

• Отношения моль к молю. В этих задачах вычисляются моли одного из реагентов или продуктов, если даны моли других реагентов и продуктов.
• Соотношение массы и объема. Масса или объем одного из реагентов или продуктов оценивается с использованием массы или объема других веществ в этих задачах.
• Отношение массы к массе. Масса одного из реагентов или продуктов должна быть вычислена, если в этих задачах дана масса других реагентов или продуктов.
• Соотношение объем-объем. В этих задачах задается объем одного из реагентов или продуктов, а объем другого необходимо оценить.

Примеры вопросов

Вопрос 1: Рассчитайте, сколько гидроксида натрия потребуется для приготовления 500 мл 0,10 М раствора.

Отвечать:

The molar mass of NaOH = 40g

Volume of NaOH= 500ml = 0.5 L

Molarity = 0.10M

Molarity = moles / volume in litres

So, weight of NaOH = molar mass of NaOH x volume  x molarity

                                 = 0.10 x 40 x 0.5

                                 = 2 g

Вопрос 2: Что такое стехиометрические расчеты и как они работают?

Отвечать:

Stoichiometric calculations entail a number of steps, including solving a balancing equation, determining the moles of chemicals produced in a reaction, and converting units to moles and vice versa using various conversion factors.

Вопрос 3: Чтобы получить 3 М 400 мл HCl, сколько 11 М HCl нужно разбавить водой?

Отвечать:

Given that, M₁ = 11M, and M₂ = 3M

Also, V₁ = ? , anx V₂= 400ml

Now, M₁ x V₁ = M₂ x V₂

                 V₁ = (3×400) / 11

                     = 109 ml

Вопрос 4: Каково применение стехиометрии в реальной жизни?

Отвечать:

Stoichiometry is used in the manufacturing of soaps, gasoline, tires, deodorants, fertilizers, and other products.

Вопрос 5: При взаимодействии азота с водородом сколько молей азота потребуется для получения 8,2 молей аммиака?

Отвечать:

The balanced chemical equation is,

N₂    +     3H₂       →       2NH₃

2 mole of NH₃ are produced from = 1 mole of N₂

8.2 mole of NH₃ are produced from = (1/2) x 8.2

                                                           = 4.1 mol of N2