Shrnutí na Základy chemie: Stechiometrie a redoxní reakce
Základy chemie: Stechiometrie a Redoxní Reakce pro Studenty
Úvod
Tento materiál vysvětluje, jak řešit výpočty z chemických rovnic: jak přepočítat hmotnosti, látková množství a objemy roztoků podle stechiometrie. Postupujeme krok za krokem, používáme zákon zachování hmoty a jednoduché vztahy pro látkové množství a koncentraci.
Definice: Látkové množství $n$ je počet molů dané látky; platí $n = \dfrac{m}{M}$.
Definice: U roztoků se látkové množství vztahuje k objemu a koncentraci: $n = V\cdot c$.
Základní vztahy a pojmy
- Látkové množství: $$n = \dfrac{m}{M}$$ kde $m$ je hmotnost v gramech a $M$ je molární hmotnost v g·mol^{-1}.
- Roztoky: $$n = V\cdot c$$ kde $V$ je objem v litrech a $c$ je molární koncentrace v mol·L^{-1}.
- Stechiometrie: Použijeme koeficienty z bilanční chemické rovnice k převodu mezi moly reaktantů a produktů.
Postup řešení úloh (krok za krokem)
- Zapište bilanční rovnici pomocí \ce{} (mhchem).
- Určete molární hmotnosti všech látek.
- Z vypočteného molárního množství cílové látky převeďte moly na hmotnost nebo naopak pomocí $n = \dfrac{m}{M}$.
- Použijte poměr koeficientů z rovnice k přepočtu molů mezi jednotlivými látkami.
- U roztoků použijte $V = \dfrac{n}{c}$ pro zjištění objemu.
Příklady a jejich řešení (stručně a přehledně)
Příklad 1: Tvorba amoniaku
Rovnice: $$\ce{N2 + 3 H2 -> 2 NH3}$$ Molární hmotnosti: $M(\ce{N2}) = 28\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$, $M(\ce{H2}) = 2\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$, $M(\ce{NH3}) = 17\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$.
- Máme $102{,}2\ \mathrm{g}$ \ce{NH3}. Nejprve vypočtěte $n(\ce{NH3})$: $$n(\ce{NH3}) = \dfrac{102{,}2}{17} = 6{,}01176\ \mathrm{mol}$$
- Z rovnice: $2\ \mathrm{mol\ NH3}$ vznikají z $1\ \mathrm{mol\ N2}$ a $3\ \mathrm{mol\ H2}$.
- $n(\ce{N2}) = \dfrac{1}{2} n(\ce{NH3}) = \dfrac{1}{2}\cdot 6{,}01176 = 3{,}00588\ \mathrm{mol}$
- $n(\ce{H2}) = \dfrac{3}{2} n(\ce{NH3}) = \dfrac{3}{2}\cdot 6{,}01176 = 9{,}01764\ \mathrm{mol}$
- Hmotnosti: $$m(\ce{N2}) = n\cdot M = 3{,}00588\cdot 28 = 84{,}1656\ \mathrm{g}$$ $$m(\ce{H2}) = 9{,}01764\cdot 2 = 18{,}03528\ \mathrm{g}$$
Příklad 2: Neutralizace NaOH kyselinou sírovou
Rovnice: $$\ce{2 NaOH + H2SO4 -> Na2SO4 + 2 H2O}$$ Molární hmotnosti: $M(\ce{NaOH}) = 40\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$, $M(\ce{Na2SO4}) = 142\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$.
A) Máme $2\ \mathrm{g}$ NaOH. Spočítejte moly: $$n(\ce{NaOH}) = \dfrac{2}{40} = 0{,}05\ \mathrm{mol}$$ Z rovnice: $2\ \mathrm{mol\ NaOH}$ dávají $1\ \mathrm{mol\ Na2SO4}$, tedy $$n(\ce{Na2SO4}) = \dfrac{1}{2} n(\ce{NaOH}) = 0{,}025\ \mathrm{mol}$$ Hmotnost síranu sodného: $$m(\ce{Na2SO4}) = 0{,}025\cdot 142 = 3{,}55\ \mathrm{g}$$
B) Potřebné moly kyseliny sírové: Z rovnice $2\ \mathrm{mol\ NaOH}$ reagují s $1\ \mathrm{mol\ H2SO4}$, tedy $$n(\ce{H2SO4}) = \dfrac{1}{2} n(\ce{NaOH}) = 0{,}025\ \mathrm{mol}$$ Objem kyseliny o $c=0{,}5\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$: $$V = \dfrac{n}{c} = \dfrac{0{,}025}{0{,}5} = 0{,}05\ \mathrm{L} = 50\ \mathrm{mL}$$
Příklad 3: Reakce \ce{As2S3} s \ce{HNO3}
Rovnice: $$\ce{As2S3 + 10 HNO3 -> 3 S + 2 H3AsO4 + 10 NO2 + 2 H2O}$$ Molární hmotnosti: $M(\ce{S}) = 32{,}06\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$, $M(\ce{As2S3}) = 310{,}17\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$.
A) Chceme vyloučit $1{,}76\ \mathrm{g}$ síry. Počet molů síry: $$n(\ce{S}) = \dfrac{1{,}76}{32{,}06} = 0{,}0549\ \mathrm{mol}$$ Z rovnice: $3\ \mathrm{mol\ S}$ vznikají z $1\ \mathrm{mol\ As2S3}$, tedy $$n(\ce{As2S3}) = \dfrac{1}{3} n(\ce{S}) = \dfrac{0{,}0549}{3} = 0{,}0183\ \mathrm{mol}$$ Hmotnost: $$m(\ce{As2S3}) = 0{,}0183\cdot 310{,}17 = 5{,}673\ \mathrm{g}$$
B) Potřebné moly kyseliny dusičné $\ce{HNO3}$: z rovnice $1\ \mathrm{mol\ As2S3}$ spotřebuje $10\ \mathrm{mol\ HNO3}$, tedy $$n(\ce{HNO3}) = 10\cdot n(\ce{As2S3}) = 10\cdot 0{,}0183 = 0{,}183\ \mathrm{mol}$$ Objem kyseliny o $c=4\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$: $$V = \dfrac{0{,}183}{4} = 0{,}04575\ \mathrm{L} = 45{,}75\ \mathrm{mL}$$
Příklad 4: Tvorba síranu amonného
Rovnice: $$\ce{2 NH4OH + H2SO4 -> (NH4)2SO4 + 2 H2O}$$ Molární hmotnosti: $M(\ce{H2SO4}) = 98{,}1\ \m
Zaregistruj se pro celé shrnutíUž máš účet? Přihlásit se
Výpočty z chemických rovnic
Klíčová slova: Redoxní reakce, Výpočty z chemických rovnic, Výroba oceli
Klíčové pojmy: Použij $n = \dfrac{m}{M}$ pro přepočet hmotnosti na moly, Pro roztoky použij $n = V\cdot c$ s $V$ v litrech, Nejdříve vždy učiň bilanční rovnici, Přepočet mezi látkami dělej podle poměru koeficientů, Převáděj mL na L před výpočtem objemu, Uváděj jednotky u všech výsledků, Při výpočtech zaokrouhluj až na konci, Zkontroluj konzistenci molárních hmotností před výpočtem, Pro stechiometrické výpočty napiš mezikroky: $n$, pak $m$ nebo $V$, U reaktantů v přebytku identifikuj limitující činidlo