Prawidłowo uzgodnione równanie chemiczne podaje stosunki molowe substratów i produktów biorących udział w danej reakcji. Dzięki znajomości tych realcji można z kolei obliczyć masy bądź objętości poszczególnych reagentów i odwrotnie, znając masy bądź objętości reagujących substancji można określić współczynniki stechiometryczne występujące w równaniu reakcji lub wzorze chemicznym. W module tym przedstawione zostały przykłady obliczeń dla substancji czystych (np. nie będących składnikiem mieszaniny). Przykłady obliczeń dla roztworów (mieszanin) można znaleźć w module Reakcje chemiczne w roztworach.
Zapiszmy równanie reakcji bez jego uzgadniania:
Po lewej stronie równania reakcji znajduje się \( a \) atomów żelaza, \( b \) tlenu i tylko jeden atom glinu, podczas gdy po stronie prawej - jeden atom żelaza, dwa glinu oraz trzy atomy tlenu.
Rozpocznijmy bilansowanie równania od atomów glinu i tlenu. W tym celu należy dopisać współczynnik równy trzy przed cząsteczką tlenku żelaza po stronie substratów, ponieważ trzy atomy tego pierwiastka wchodzą w skład cząsteczki \( \text{Al}_{2}\text{O}_{3} \) oraz \( b \) przed cząsteczką tlenku glinu po stronie produktów ( \( b \) atomów tlenu występuje w cząsteczce tlenku żelaza). Po lewej stronie równania chemicznego zmienić należy współczynnik przed atomem glinu na \( 2b \). Aby zbilansować liczbę atomów żelaza trzeba dopisać \( 3a \) przed atomem żelaza po stronie produktów.
Poprawnie uzgodnione równanie reakcji podaje stosunki molowe reagentów, z których można obliczyć stosunki wagowe lub objętościowe związków biorących udział w reakcji. Zapiszmy proporcję korzystając z obliczonych liczb moli żelaza i glinu zawierających się w podanych w treści zadania masach oraz współczynników stechiometrycznych stojących przed symbolami \( \text{Al} \) i \( \text{Fe} \) w równaniu reakcji ( 2 ).
Wzór poszukiwanego tlenku to:
Z wartości stosunku molowego reagentów biorących udział w reakcji rozkładu, równanie ( 6 ), wiadomo, że rozkład jednego mola wodorowęglanu wapnia powoduje powstanie jednego mola węglanu wapnia.
Obliczmy masy molowe wodorglanu wapnia oraz węglanu wapnia:
Liczba moli wodorowęglanu wapnia znajdujących się w próbce o podanej masie:
Na podstawie stosunku molowego można zapisać równość pomiędzy liczbami moli wodorowęglanu wapnia i węglanu wapnia oraz obliczyć masę tego drugiego związku:
W opisywanym przykładzie wodorotlenek sodu jest produktem reakcji tlenku sodu z wodą, równanie ( 10 ). Związek ten jest następnie zobojętniany przy pomocy kwasu solnego zgodnie z równaniem reakcji ( 11 ).
W pierwszej reakcji stosunki molowe reagentów wynoszą:
Dla reakcji drugiej:
Obliczmy liczbę moli tlenku sodu w próbce 124 g tego związku, a także, korzystając ze stosunku molowego ( 12 ), liczba moli wodorotlenku sodu:
Ponieważ stosunek molowy wodorotlenku sodu i kwasu solnego wynosi 1:1, można zapiasać:
Treść zadania:
W wyniku rozkładu termicznego próbki wodorowęglanu amonu o masie 7.4 g otrzymano 1.8 g pary wodnej, 2.24 dm³ dwutlenku węgla oraz pewną objętość gazowego amoniaku. Wyznacz objętość amoniaku przyjmując, że gęstości amoniaku i dwutlenku węgla to odpowiednio 0.76 g/dm³ oraz 1.96 g/dm³.Rozwiązanie:
Objętość gazowego amoniaku wynosi: \( V_{NH_{3}}=2.24{\text{ dm}}^{3} \)
Treść zadania:
Oblicz ile moli gazowego chloru można otrzymać w reakcji 120 g tlenku manganu(IV) z kwasem solnym. Produktami tej reakcji są gazowy chlor, chlorek manganu(II) oraz woda.Rozwiązanie:
Ilość moli gazowego chloru to 1.38 mol.
Treść zadania:
Oblicz masę węglanu wapnia, która w wyniku rozkładu termicznego tego związku pozwala na otrzymanie 2 litrów gazowego dwutlenku węgla (zmierzonego przy ciśnieniu 101.325 hPa oraz temperaturze 294 K). Wykonaj podobne obliczenia dla temperatury 294 K oraz ciśnienia 992 hPa.Rozwiązanie:
Masy suchego osadu węglanu wapnia wynoszą:
9 g (dla T=294 K i P=101.325 hPa),
8 g (dla T=294 K oraz P=992 hPa).
Moduł opracowano na podstawie [1], [2], [3], [4].
Bibliografia
1. A. Śliwa (Red.): Obliczenia chemiczne. Zbiór zadań z chemii nieorganicznej i analitycznej wraz z podstawami teoretycznymi, Państwowe Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa 19792. Z. Kalicka, E. Kawecka-Cebula, M. Szałkowicz: Zbiór zadań z chemii ogólnej dla studentów metalurgii, Wydawnictwo AGH, Kraków 1991
3. K. M. Pazdro: Zbiór zadań z chemii dla szkół średnich, Oficyna Edukacyjna Krzysztof Pazdro, Warszawa 1994
4. J. Banaś i W. Solarski (Red.): Chemia dla inżynierów. Materiały do kształcenia w systemie otwartym, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2008