Skip to main content
Global

4.4: Stoichiometry ya majibu

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    188051

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza

    Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

    • Eleza dhana ya stoichiometry kama inavyohusiana na athari za kemikali
    • Tumia usawa wa kemikali ulinganifu ili kupata mambo ya stoichiometric yanayohusiana na kiasi cha reactants na bidhaa
    • Kufanya mahesabu stoichiometric kuwashirikisha molekuli, moles, na molarity ufumbuzi

    usawa kemikali equation hutoa mpango mkubwa wa habari katika format succinct sana. Fomu za kemikali hutoa utambulisho wa reactants na bidhaa zinazohusika katika mabadiliko ya kemikali, kuruhusu uainishaji wa mmenyuko. Coefficients hutoa idadi ya jamaa ya aina hizi za kemikali, kuruhusu tathmini ya kiasi cha mahusiano kati ya kiasi cha vitu vinavyotumiwa na zinazozalishwa na majibu. Mahusiano haya ya upimaji yanajulikana kama stoichiometri ya mmenyuko, neno linalotokana na maneno ya Kigiriki stoicheion (maana yake “elementi”) na metroni (maana yake “kipimo”). Katika moduli hii, matumizi ya usawa wa kemikali ya usawa kwa maombi mbalimbali ya stoichiometric inachunguzwa.

    Njia ya jumla ya kutumia mahusiano ya stoichiometric ni sawa na dhana kwa jinsi watu wanavyoenda kuhusu shughuli nyingi za kawaida. Maandalizi ya chakula, kwa mfano, hutoa kulinganisha sahihi. Kichocheo cha kufanya pancakes nane kinasema mchanganyiko wa 1 kikombe cha pancake,3434kikombe maziwa, na yai moja. “Equation” inayowakilisha maandalizi ya pancakes kwa mapishi hii ni

    1mchanganyiko wa kikombe+34kikombe maziwa+1yai⟶8magole1mchanganyiko wa kikombe+34kikombe maziwa+1yai⟶8magole

    Ikiwa pancakes mbili mbili zinahitajika kwa kifungua kinywa cha familia kubwa, kiasi cha viungo lazima kiongezwe kwa kiasi kikubwa kulingana na kiasi kilichotolewa katika mapishi. Kwa mfano, idadi ya mayai inahitajika kufanya pancakes 24 ni

    24magole×1yai8magole=3mayai24magole×1yai8magole=3mayai

    Ulinganifu wa kemikali wenye usawa hutumiwa kwa kiasi sawa ili kuamua kiasi cha reactant moja inayotakiwa kuguswa na kiasi fulani cha reactant nyingine, au kutoa kiasi fulani cha bidhaa, na kadhalika. Coefficients katika equation uwiano hutumiwa kupata mambo stoichiometric ambayo inaruhusu hesabu ya kiasi taka. Ili kuonyesha wazo hili, fikiria uzalishaji wa amonia kwa mmenyuko wa hidrojeni na nitrojeni:

    N2(g)+3H2(g)⟶2NH3(g)N2(g)+3H2(g)⟶2NH3(g)

    Ulinganisho huu unaonyesha molekuli za amonia zinazalishwa kutoka molekuli za hidrojeni katika uwiano wa 2:3, na mambo ya stoichiometric yanaweza kutolewa kwa kutumia kitengo chochote cha kiasi (namba):

    2NH3molekuli3H2molekuliau2 dozNH3molekuli3 dozH2molekuliau2 molNH3molekuli3 molH2molekuli2NH3molekuli3H2molekuliau2 dozNH3molekuli3 dozH2molekuliau2 molNH3molekuli3 molH2molekuli

    Sababu hizi za stoichiometri zinaweza kutumika kukokotoa idadi ya molekuli za amonia zinazozalishwa kutokana na idadi fulani ya molekuli za hidrojeni, au idadi ya molekuli za hidrojeni zinazohitajika kuzalisha idadi fulani ya molekuli za amonia. Sababu zinazofanana zinaweza kupatikana kwa jozi yoyote ya vitu katika equation yoyote ya kemikali.

    Mfano 4.8

    Moles ya Reactant Inahitajika katika mmenyuko

    Ni moles ngapi ya I 2 inahitajika kuguswa na 0.429 mol ya Al kulingana na equation ifuatayo (angalia Mchoro 4.10)?
    2Al+3I2⟶2Ali32Al+3I2⟶2Ali3
    Takwimu hii inaonyesha picha tatu na mshale unaoongoza kutoka moja hadi ijayo. Picha ya kwanza inaonyesha rundo ndogo la iodini na alumini kwenye uso nyeupe. Picha ya pili inaonyesha kiasi kidogo cha moshi wa rangi ya zambarau kutoka kwenye rundo. Picha ya tatu inaonyesha kiasi kikubwa cha moshi wa zambarau na kijivu kinachotoka kwenye rundo.
    Kielelezo 4.10 Alumini na iodini huitikia kuzalisha iodidi ya alumini. Joto la mmenyuko hupunguza baadhi ya iodini imara kama mvuke wa zambarau. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Mark Ott)

    Suluhisho

    Akizungumzia usawa wa kemikali, sababu ya stoichiometric inayohusiana na vitu viwili vya riba ni3 molI22 ml Al.3 molI22 ml Al.Kiasi cha molar cha iodini kinatokana na kuzidisha kiasi cha molar kilichotolewa cha alumini kwa sababu hii: Takwimu hii inaonyesha rectangles mbili za pink. Ya kwanza inaitwa, “Moles ya L.” Mstatili huu ni kufuatiwa na mshale akizungumzia haki ya mstatili wa pili kinachoitwa, “Moles ya mimi subscript 2.”
    mol mimi2=0.429Mol Al×3 molI22Mol Al=0.644 mlI2mol mimi2=0.429Mol Al×3 molI22Mol Al=0.644 mlI2

    Angalia Kujifunza Yako

    Ni moles ngapi za Ca (OH) 2 zinahitajika kuitikia na 1.36 mol ya H 3 PO 4 ili kuzalisha Ca 3 (PO 4) 2 kulingana na equation3Ca(OH)2+2H3PO4⟶Ca3(PO4)2+6H2O?3Ca(OH)2+2H3PO4⟶Ca3(PO4)2+6H2O?

    Jibu:

    2.04 mol

    Mfano 4.9

    Idadi ya Molekuli za Bidhaa zinazozalishwa na mmenyuko

    Ni molekuli ngapi za dioksidi kaboni zinazalishwa wakati 0.75 mol ya propane inawaka kulingana na equation hii?
    C3H8+5O2⟶3USHIRIKIANO2+4H2OC3H8+5O2⟶3USHIRIKIANO2+4H2O

    Suluhisho

    Mbinu hapa ni sawa na kwa Mfano 4.8, ingawa idadi kamili ya molekuli inaombwa, si idadi ya moles ya molekuli. Hii itahitaji tu matumizi ya sababu ya uongofu wa moles-kwa-nambari, nambari ya Avogadro.

    Ulinganisho wa usawa unaonyesha kwamba dioksidi kaboni huzalishwa kutoka propane katika uwiano wa 3:1:

    3 molUSHIRIKIANO21 molC3H83 molUSHIRIKIANO21 molC3H8

    Kutumia sababu hii ya stoichiometric, kiasi cha molar kilichotolewa cha propane, na idadi ya Avogadro,

    Takwimu hii inaonyesha rectangles mbili za pink. Ya kwanza inaitwa, “Moles ya C subscript 3 H subscript 8.” Mstatili huu unafuatiwa na mshale unaoelekeza haki ya mstatili wa pili ulioandikwa, “Moles ya C O subscript 2.”
    0.75molC3H8×3molUSHIRIKIANO21molC3H8×6.022×1023USHIRIKIANO2molekulimolUSHIRIKIANO2=1.4×1024USHIRIKIANO2molekuli0.75molC3H8×3molUSHIRIKIANO21molC3H8×6.022×1023USHIRIKIANO2molekulimolUSHIRIKIANO2=1.4×1024USHIRIKIANO2molekuli

    Angalia Kujifunza Yako

    Ni molekuli ngapi za NH 3 zinazozalishwa na mmenyuko wa 4.0 mol ya Ca (OH) 2 kulingana na equation ifuatayo:
    (NH4)2KWA HIVYO4+Ca(OH)2⟶2NH3+CasO4+2H2O(NH4)2KWA HIVYO4+Ca(OH)2⟶2NH3+CasO4+2H2O

    Jibu:

    4.8××10 24 NH 3 molekuli

    Mifano hizi zinaonyesha urahisi ambao kiasi cha vitu vinavyohusika katika mmenyuko wa kemikali wa stoichiometry inayojulikana inaweza kuwa na uhusiano. Moja kwa moja kupima idadi ya atomi na molekuli ni, hata hivyo, si kazi rahisi, na matumizi ya vitendo ya stoichiometry inahitaji kwamba sisi kutumia kwa urahisi zaidi kipimo mali ya molekuli.

    Mfano 4.10

    Kuhusiana na Misa ya Reactants na Bidhaa

    Ni umati gani wa hidroksidi ya sodiamu, NaOH, itahitajika kuzalisha 16 g ya maziwa ya antacid ya magnesia [hidroksidi magnesiamu, Mg (OH) 2] kwa majibu yafuatayo?
    MgCl2(aq)+2NaOH(aq)⟶Mg(OH)2(s)+2NaCl(aq)MgCl2(aq)+2NaOH(aq)⟶Mg(OH)2(s)+2NaCl(aq)

    Suluhisho

    Mbinu iliyotumiwa hapo awali katika Mfano 4.8 na Mfano 4.9 ni vivyo hivyo kutumika hapa; yaani, ni lazima kupata sahihi stoichiometric sababu kutoka usawa kemikali equation na kuitumia kuhusiana kiasi cha dutu mbili ya riba. Katika kesi hii, hata hivyo, raia (si kiasi cha molar) hutolewa na kuombwa, hivyo hatua za ziada za aina zilizojifunza katika sura ya awali zinahitajika. Mahesabu yanayotakiwa yanatajwa katika chati hii: Takwimu hii inaonyesha rectangles nne. Ya kwanza ni kivuli njano na imeandikwa, “Misa ya M g (O H) subscript 2.” Mstatili huu unafuatiwa na mshale unaoelekeza haki ya mstatili wa pili ambao umetiwa kivuli pink na kinachoitwa, “Moles ya M g (O H) subscript 2.” Mstatili huu unafuatiwa na mshale unaoelekeza haki ya mstatili wa tatu ambao umetiwa kivuli pink na ni kinachoitwa, “Moles ya N a O H.” Mstatili huu ni kufuatiwa na mshale akizungumzia haki ya mstatili wa nne ambayo ni kivuli njano na ni kinachoitwa, “Misa ya N A O H.”
    16g Mg(OH)2×1mol mg(OH)258.3g Mg(OH)2×2mol NaOH1mol mg(OH)2×40.0 g NaOHmol NaOH=22 g NaOH16g Mg(OH)2×1mol mg(OH)258.3g Mg(OH)2×2mol NaOH1mol mg(OH)2×40.0 g NaOHmol NaOH=22 g NaOH

    Angalia Kujifunza Yako

    Ni kiasi gani cha oksidi ya galliamu, Ga 2 O 3, inaweza kuandaliwa kutoka 29.0 g ya chuma cha gallium? Equation kwa mmenyuko ni4Ga+3O2⟶2Ga2O3.4Ga+3O2⟶2Ga2O3.

    Jibu:

    39.0 g

    Mfano 4.11

    Kuhusiana na Misa ya Reactants

    Ni kiasi gani cha gesi ya oksijeni, O 2, kutoka hewa hutumiwa katika mwako wa 702 g ya octane, C 8 H 18, moja ya vipengele vikuu vya petroli?
    2C8H18+25O2⟶16USHIRIKIANO2+18H2O2C8H18+25O2⟶16USHIRIKIANO2+18H2O

    Suluhisho

    Mbinu inahitajika hapa ni sawa na kwa Mfano 4.10, tofauti tu kwa kuwa raia zinazotolewa na zilizoombwa ni kwa ajili ya aina ya reactant. Takwimu hii inaonyesha rectangles nne. Ya kwanza ni kivuli njano na ni kinachoitwa, “Misa ya C subscript 8 H subscript 18.” Mstatili huu ni kufuatiwa na mshale akizungumzia haki ya mstatili wa pili ambayo ni kivuli pink na ni kinachoitwa, “Moles ya C subscript 8 H subscript 18.” Mstatili huu unafuatiwa na mshale unaoelekeza haki ya mstatili wa tatu ambayo ni kivuli pink na ni kinachoitwa, “Moles ya O subscript 2.” Mstatili huu ni kufuatiwa na mshale akizungumzia haki ya mstatili wa nne ambayo ni kivuli njano na ni kinachoitwa, “Misa ya O subscript 2.”
    702gC8H18×1molC8H18114.23gC8H18×25molO22molC8H18×32.00 gO2molO2=2.46×103gO2702gC8H18×1molC8H18114.23gC8H18×25molO22molC8H18×32.00 gO2molO2=2.46×103gO2

    Angalia Kujifunza Yako

    Masi gani ya CO inahitajika kuitikia na 25.13 g ya Fe 2 O 3 kulingana na equationFe2O3+3USHIRIKIANO⟶2Fe+3USHIRIKIANO2?Fe2O3+3USHIRIKIANO⟶2Fe+3USHIRIKIANO2?

    Jibu:

    13.22 g

    Mifano hii kuonyesha matukio machache tu ya hesabu mmenyuko stoichiometry. Tofauti nyingi juu ya mwanzo na mwisho hatua za kuhesabu zinawezekana kulingana na kiasi gani fulani kinachotolewa na kutafutwa (kiasi, viwango vya ufumbuzi, na kadhalika). Bila kujali maelezo, mahesabu haya yote hushiriki sehemu muhimu ya kawaida: matumizi ya mambo ya stoichiometric inayotokana na usawa wa kemikali. Kielelezo 4.11 hutoa muhtasari wa jumla wa hatua mbalimbali za kompyuta zinazohusiana na mahesabu mengi ya majibu stoichiometry.

    Mtiririko huu unaonyesha rectangles 10 zilizounganishwa na mishale miwili iliyoongozwa. Kwa upande wa kushoto wa juu, mstatili ni kivuli lavender na imeandikwa, “Kiasi cha dutu safi A.” Mstatili huu unafuatiwa na mshale unaoongozwa mara mbili unaoitwa, “Wiani.” Inaunganisha na mstatili wa pili ambayo ni kivuli njano na ni kinachoitwa, “Misa ya A.” Mstatili huu unafuatiwa na mshale unaoongozwa mara mbili ambao umeandikwa, “Misa ya Molar,” inayounganisha kwenye mstatili wa tatu ambao umetiwa kivuli pink na kinachoitwa, “Moles ya A.” Upande wa kushoto wa mstatili huu ni mshale unaoongozwa mara mbili unaoitwa, “Molarity,” ambao unajumuisha kwenye mstatili wa lavender ambao umeandikwa, “Kiasi cha suluhisho A.” Ya pink, “Moles of A,” mstatili pia imeshikamana na mshale ulioongozwa mara mbili chini na kushoto. Mshale huu umeandikwa “Nambari ya Avogadro.” Inaunganisha kwenye mstatili wa kivuli kijani unaoitwa, “Idadi ya chembe za A.” Na haki ya pink “Moles ya A,” mstatili ni usawa mara mbili inaongozwa mshale ambayo ni lebo, “Stoichiometric sababu.” Inaunganisha kwenye mstatili wa pili wa pink ambao umeandikwa, “Moles ya B.” Mara mbili inaongozwa mshale ambayo ni kinachoitwa, “Molar molekuli,” inaenea kutoka juu ya mstatili huu juu na haki ya njano kivuli mstatili kinachoitwa, “Misa ya B.” usawa mara mbili inaongozwa mshale ambayo ni kinachoitwa, “Wiani” viungo kwa Lavender mstatili kinachoitwa, “Kiasi cha Dutu B,” na haki. usawa mara mbili inaongozwa mshale kinachoitwa, “Molarity,” hadi haki ya pink “Moles ya B” mstatili. Mshale huu unaunganisha na mstatili wa lavender unaoitwa, “Kiasi cha Dutu B.” Mshale mwingine unaoongozwa mara mbili unaendelea chini na kulia wa mstatili wa “Moles of B” nyekundu. Mshale huu umeitwa “nambari ya Avogadro,” na inaenea hadi mstatili wa kijani ambao umeandikwa, “Idadi ya chembe za B.”
    Kielelezo 4.11 mtiririko inaonyesha hatua mbalimbali computational kushiriki katika wengi majibu mahesabu stoichiometry.

    Kemia katika Maisha ya Kila siku

    mifuko ya hewa

    Airbags (Kielelezo 4.12) ni kipengele cha usalama kilichotolewa katika magari mengi tangu miaka ya 1990. Uendeshaji bora wa airbag inahitaji kuwa umechangiwa haraka na kiasi sahihi (kiasi) cha gesi wakati gari linahusika katika mgongano. Mahitaji haya yanatidhika katika mifumo mingi ya airbag ya magari kupitia matumizi ya athari za kemikali za kulipuka, uchaguzi mmoja wa kawaida kuwa utengano wa azide ya sodiamu, NaN 3. Wakati sensorer katika gari kuchunguza mgongano, sasa umeme hupitishwa kwa kiasi kikubwa kipimo cha NaN 3 ili kuanzisha utengano wake:

    2Ann3(s)⟶3N2(g)+2Na(s)2Ann3(s)⟶3N2(g)+2Na(s)

    Tabia hii ni ya haraka sana, inayozalisha nitrojeni ya gesi ambayo inaweza kupeleka na kuingiza kikamilifu airbag ya kawaida katika sehemu ya pili (~0.03—0.1 s). Miongoni mwa masuala mengi ya uhandisi, kiasi cha azidi ya sodiamu inayotumiwa lazima iwe sahihi kwa kuzalisha gesi ya nitrojeni ya kutosha ili kuingiza kikamilifu mfuko wa hewa na kuhakikisha kazi yake sahihi. Kwa mfano, molekuli ndogo (~100 g) ya NaN 3 itazalisha takriban 50 L ya N 2.

    Picha hii inaonyesha ndani ya gari kutoka eneo la upande wa dereva. Picha inaonyesha airbags umechangiwa nafasi tu mbele ya viti vya dereva na abiria na kwa urefu wa upande wa abiria juu ya madirisha. Airbag kubwa, pande zote inashughulikia usukani.
    Kielelezo 4.12 Airbags kupeleka juu ya athari ili kupunguza majeraha makubwa kwa abiria. (mikopo: Jon Seidman)