Другие названия: расчёты по уравнениям реакций · количество вещества · избыток и недостаток
Бесплатные задачи по теме Стехиометрия с рисунками, подсказками и подробными решениями. Каждый раз новые значения, трёх уровней: от массы к массе, лимитирующий реагент, выход в процентах.
Бесплатная задачаЛёгкая
Для реакции C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O: какая масса m вещества H2O образуется из 100 g C3H8? Считайте, что остальные реагенты в избытке.
Используйте коэффициенты как мольное отношение, чтобы найти количество нужного вещества в молях.
Переведите обратно в массу по m = n·M. Если реагентов два, сначала найдите лимитирующий реагент.
Типичные ошибки
Используют отношение масс вместо мольного отношения.
Забывают уравнять уравнение реакции.
Не проверяют, какой реагент лимитирующий.
Основные формулы
Моли
n = m/M
Концентрация
c = n/V
Мольное соотношение
используйте стехиометрические коэффициенты уравнения реакции
Лимитирующий реагент
тот, что заканчивается первым
Выход в процентах
фактический / теоретический × 100%
Изучите тему «Стехиометрия» с нуля
1Что такое стехиометрия
Химическое уравнение — это рецепт. 2H₂ + O₂ → 2H₂O говорит, что две молекулы водорода реагируют с одной молекулой кислорода, давая две молекулы воды.
Стехиометрия использует этот рецепт, чтобы отвечать на вопросы «сколько?»: сколько продукта получится из заданного количества исходного вещества или сколько его нужно.
Числа перед формулами — это коэффициенты. Они считают частицы, а не граммы. Уравнение должно быть уравнено: каждый атом встречается одинаковое число раз с обеих сторон.
Частицы слишком малы, чтобы считать их по одной, поэтому химики считают их в молях. Один моль — это 6,022 × 10²³ частиц, как одна дюжина — это 12 яиц.
Поэтому коэффициенты задают и мольное отношение: 2 mol H₂ реагируют с 1 mol O₂ и дают 2 mol H₂O.
Самопроверка В N₂ + 3H₂ → 2NH₃ сколько молей NH₃ образуется из 2 mol N₂ (при достаточном количестве H₂)?
1 mol
2 mol
4 mol
6 mol
Ответ: 4 mol. 1 mol N₂ даёт 2 mol NH₃, поэтому 2 mol N₂ дают 4 mol. Ответ 2 mol игнорирует мольное отношение, а 6 mol использует коэффициент H₂.
2Моли и молярная масса
Весы измеряют граммы, а уравнение работает в молях. Молярная масса M связывает их: это масса одного моля, в g/mol.
n = m / M m = n · M
M находят сложением атомных масс из периодической таблицы. При H = 1,0, C = 12,0 и O = 16,0:
M(H₂O) = 2 · 1,0 + 16,0 = 18,0 g/mol
M(CO₂) = 12,0 + 2 · 16,0 = 44,0 g/mol
M(CH₄) = 12,0 + 4 · 1,0 = 16,0 g/mol
Пример: 36 g воды — это 36 / 18,0 = 2,0 mol воды.
В экзаменационных вопросах молярные массы обычно даются с двумя десятичными знаками. Используйте приведённые значения.
Самопроверка Сколько молей в 88 g CO₂ (M = 44 g/mol)?
0,5 mol
2 mol
3872 mol
88 mol
Ответ: 2 mol. n = m/M = 88/44 = 2 mol. Деление наоборот (44/88 = 0,5) или умножение (88 · 44) использует формулу вверх ногами.
3Метод по шагам
Каждый вопрос «масса в массу» идёт одним путём: от граммов к молям, через уравнение по мольному отношению и обратно к граммам.
Проверьте, что уравнение уравнено.
Переведите заданную массу A в моли: nA = mA / MA.
Используйте коэффициенты: nB = nA · b / a, где a и b — коэффициенты A и B.
Вернитесь к массе: mB = nB · MB.
Если даны два реагента, сначала найдите лимитирующий реагент и начните с него.
Для процента выхода сравните реально собранную массу с рассчитанной.
4Разобранный пример
Пройдите каждый шаг. Попробуйте предсказать следующий, прежде чем открыть его.
Разобранный пример
Для реакции CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O какая масса m H₂O образуется из 8,0 g CH₄? Считайте, что кислород в избытке. Используйте M(CH₄) = 16,0 g/mol и M(H₂O) = 18,0 g/mol.
1
Проверьте уравнение
Слева: 1 C, 4 H, 4 O. Справа: 1 C, 4 H и 2 + 2 = 4 O. Уравнение уравнено.
2
Масса в моли
n(CH₄) = 8,0 / 16,0 = 0,50 mol
3
Используйте мольное отношение
1 mol CH₄ даёт 2 mol H₂O, поэтому множитель равен 2/1.
n(H₂O) = 0,50 · 2 / 1 = 1,0 mol
4
Моли в массу
m(H₂O) = 1,0 · 18,0 = 18 g
5
Проверьте ответ
8 g CH₄ требуют 1,0 mol O₂, то есть 32 g. Тогда на входе 8 + 32 = 40 g. 0,50 mol CO₂ — это 22 g, и на выходе 22 + 18 = 40 g. Масса сохраняется, значит, ответ подходит.
Ответ
m(H₂O) = 18 g
5Лимитирующий реагент и процент выхода
Когда даны два реагента, один из них обычно заканчивается первым. Это лимитирующий реагент. Он определяет, сколько продукта образуется; другой остаётся (в избытке).
Чтобы найти его, разделите число молей каждого реагента на его коэффициент. Меньший результат принадлежит лимитирующему реагенту.
Пример: 4,0 g H₂ (M = 2,0) и 16 g O₂ (M = 32) реагируют в 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Это 2,0 mol H₂ и 0,50 mol O₂.
Значит, 0,50 mol O₂ дают 0,50 · 2 = 1,0 mol воды, то есть 18 g. Часть водорода остаётся.
На практике весь продукт никогда не собирается. Процент выхода сравнивает то, что вы получили, с тем, что рассчитали, — теоретическим выходом:
Y = фактический / теоретический × 100%
Самопроверка Теоретический выход реакции — 18 g, а вы собираете 15,3 g. Каков процент выхода?
118%
15,3%
2,7%
85%
Ответ: 85%. Y = 15,3/18 × 100% = 85%. Деление наоборот даёт 118%, что невозможно: нельзя собрать больше теоретического количества.
6Типичные ошибки
Использование отношения масс вместо мольного отношения. Коэффициенты считают моли, никогда не граммы.
Работа с неуравненным уравнением.
Начало с реагента в избытке вместо лимитирующего.
Выбор лимитирующего реагента по наименьшей массе или наименьшему числу молей без деления на коэффициенты.
Деление фактического на теоретическое не в ту сторону. Выход никогда не превышает 100%.
Слишком раннее округление молей. Сохраняйте три-четыре значащие цифры до конца.
Самопроверка 4,0 g H₂ (M = 2,0 g/mol) и 16 g O₂ (M = 32 g/mol) реагируют: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Какая масса воды (M = 18 g/mol) может образоваться?
18 g
20 g
36 g
9 g
Ответ: 18 g. O₂ лимитирует: 0,50 mol O₂ дают 1,0 mol воды, 18 g. 36 g начинается с водорода, который в избытке. 20 g складывает массы, но часть водорода не реагирует.
7Как выглядят экзаменационные задачи
Лёгкая: масса в массу. Дан один реагент, остальные в избытке. Найдите массу продукта.
Средняя: лимитирующий реагент. Даны массы двух реагентов. Найдите лимитирующий реагент, затем массу продукта.
Сложная: процент выхода. Вычислите теоретический выход, затем сравните его с собранной массой.
Молярные массы даны в условии. Записывайте рядом с каждым ответом маршрут m → n → n → m.
Для реакции 2Mg + O2 → 2MgO: какая масса m вещества MgO образуется из 12 g Mg? Считайте, что остальные реагенты в избытке.
M(Mg) = 24,31 g/molM(MgO) = 40,3 g/mol
Найти: m(g)
Показать подсказки
Переведите данную массу в моли: n = m/M.
Коэффициенты дают мольное соотношение: 2 mol продукта на каждые 2 mol реагента.
n(Mg) = 12/24,31 = 0,4936 mol.
Показать ответ и пошаговое решение
Стехиометрия: уравненное уравнение считает частицы, а не граммы. Переведите массу в моли по n = m/M, используйте коэффициенты уравнения как мольное соотношение, затем вернитесь к массе: m = n·M. Если реагентов два, лимитирующий реагент — тот, что заканчивается первым и определяет количество продукта.
Количество вещества реагента
n = 12/24,31 = 0,4936 mol
Мольное соотношение
n(MgO) = 0,4936·2/2 = 0,4936 mol
Масса продукта
m = 0,4936·40,3 = 19,89 g
Ответ
m = 19,89 g
Пример 2Средняя
6 g C3H8 и 20 g O2 реагируют по уравнению C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O. Какая масса m вещества H2O может образоваться?
M(C3H8) = 44,1M(O2) = 32M(H2O) = 18,02 g/mol
Найти: m(g)
Показать подсказки
Переведите обе массы в моли.
Разделите каждое на его коэффициент: меньший результат принадлежит лимитирующему реагенту.
n(C3H8)/1 = 0,1361, n(O2)/5 = 0,125.
Показать ответ и пошаговое решение
Стехиометрия: уравненное уравнение считает частицы, а не граммы. Переведите массу в моли по n = m/M, используйте коэффициенты уравнения как мольное соотношение, затем вернитесь к массе: m = n·M. Если реагентов два, лимитирующий реагент — тот, что заканчивается первым и определяет количество продукта.
Количество вещества каждого реагента
n(C3H8) = 6/44,1 = 0,1361 mol
n(O2) = 20/32 = 0,625 mol
Лимитирующий реагент
0,1361/1 = 0,1361, 0,625/5 = 0,125 → O2
Масса продукта
n(H2O) = 0,125·4 = 0,5 mol
m = 0,5·18,02 = 9,01 g
Ответ
m = 9,01 g
Пример 3Сложная
В реакции CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O 10 g CH4 реагирует полностью (остальные реагенты в избытке), и собирают 17,01 g CO2. Найдите выход в процентах Y.
M(CH4) = 16,04 g/molM(CO2) = 44,01 g/molфактический: 17,01 g
Найти: Y(%)
Показать подсказки
Сначала найдите теоретический выход: массу, которая образовалась бы, если бы всё прореагировало.
Выход в процентах = фактический/теоретический × 100.
теоретический: 0,6234 mol·1/1·44,01.
Показать ответ и пошаговое решение
Стехиометрия: уравненное уравнение считает частицы, а не граммы. Переведите массу в моли по n = m/M, используйте коэффициенты уравнения как мольное соотношение, затем вернитесь к массе: m = n·M. Если реагентов два, лимитирующий реагент — тот, что заканчивается первым и определяет количество продукта.
Теоретический выход
n(CH4) = 10/16,04 = 0,6234 mol
m = 0,6234·1/1·44,01 = 27,44 g
Выход в процентах
Y = 17,01/27,44·100 = 62%
Ответ
Y = 62%
Вопросы и ответы
Стехиометрия: что это?
Химическое уравнение — это рецепт. 2H₂ + O₂ → 2H₂O говорит, что две молекулы водорода реагируют с одной молекулой кислорода, давая две молекулы воды.
Числа перед формулами — это коэффициенты. Они считают частицы, а не граммы. Уравнение должно быть уравнено: каждый атом встречается одинаковое число раз с обеих сторон.
Стехиометрия: как решать задачи шаг за шагом?
Запишите и уравняйте химическое уравнение.
Переведите данную массу в моли: n = m/M.
Используйте коэффициенты как мольное отношение, чтобы найти количество нужного вещества в молях.
Переведите обратно в массу по m = n·M. Если реагентов два, сначала найдите лимитирующий реагент.
Стехиометрия: какие ошибки самые частые?
Используют отношение масс вместо мольного отношения.
Забывают уравнять уравнение реакции.
Не проверяют, какой реагент лимитирующий.
Стехиометрия: что вы тренируете?
Лёгкая: от массы к массе
Средняя: лимитирующий реагент
Сложная: выход в процентах
В каждой задаче новые значения, поэтому вы учите метод, а не ответ. Застряли? Сначала откройте небольшую подсказку, а полное объяснение — только когда оно понадобится.
Как проходят занятия
В каждой задаче новые значения, поэтому вы учите метод, а не ответ.
Застряли? Сначала откройте небольшую подсказку, а полное объяснение — только когда оно понадобится.
Ваш прогресс, ошибки и сохранённые задачи остаются, поэтому перед экзаменом вы сможете всё повторить.