Hlavní obsah

Kurz: Obecná chemie > Kapitola 6

Lekce 3: Stechiometrie

Stechiometrie

Jak na výpočty z chemických rovnic? Ukážeme si, jak použít chemickou rovnici k výpočtu množství výchozích látek.

Úvod

Co mají společného sušenky a chemie? Vlastně toho mají společného docela dost! Vyčíslená chemická rovnice je receptem na reakci - obsahuje seznam reaktantů (tedy ingrediencí) a produktů (sušenek), i jejich správný poměr.

Využívání vyčíslené chemické rovnice k výpočtu množství reaktantů a produktů se říká stechiometrie. Zní to hrozně odborně, ale jde jednoduše o to, že využijeme poměry z vyčíslené rovnice. V tomto článku si řekneme, jak využít poměr molů k výpočtu množství reaktantů potřebných k reakci.

Vyčíslené reakce a molární poměr

Stechiometrické koeficienty jsou čísla, která používáme, abychom zajistili, že naše rovnice bude vyčíslená. Za pomoci stechiometrických koeficientů zjistíme poměry a ty nám řeknou, jaké je relativní množství chemických látek v naší chemické reakci. Tomuto poměru se říká molární poměr, stechiometrický faktor či stechiometrický poměr. Molární poměr můžeme použít pro převádění mezi různými chemickými veličinami.

Tip: První a nejdůležitější krok při řešení všech stechiometrických úloh je vždy stejný — vždy dávej pozor na to, aby byla rovnice vyčíslená! Pokud rovnice vyčíslená není, molární poměr vyjde špatně, a tím pádem budeš mít špatně i celou odpověď.

Stechiometrické koeficienty u následující vyčíslené rovnice nás například informují, že 1 mol

{Fe}_{2} O_{3}

bude reagovat se 2 moly

Al

, a vzniknou tak 2 moly

Fe

a 1 mol

{Al}_{2} O_{3}

${Fe}_{2} O_{3} (s) + 2 Al (s) \to 2 Fe (l) + {Al}_{2} O_{3} (s)$ ‍

Pokud víme, jaké máme množství reaktantu

{Fe}_{2} O_{3}

, dokážeme spočítat, kolik molů

Al

potřebujeme ke kompletní reakci s

{Fe}_{2} O_{3}

při poměru jejich koeficientů:

${Molární poměr mezi Al a Fe}_{2} O_{3} = \frac{2 moly Al}{1 {mol Fe}_{2} O_{3}}$ ‍

Příklad: Využití molárního poměru k výpočtu hmotnosti reaktantu

Kolik gramů

NaOH

budeme u následující nevyčíslené reakce potřebovat, aby došlo k úplné reakci se 3,10 gramy

H_{2} {SO}_{4}

$NaOH (a q) + H_{2} {SO}_{4} (a q) \to H_{2} O + {Na}_{2} {SO}_{4} (a q) Nevyčísleno!$ ‍

U této reakce máme 1

Na

a 3

H

na straně reaktantů a 2

Na

a 2

H

na straně produktů. Rovnici můžeme vyčíslit tak, že

NaOH

vynásobíme dvěma—budou tedy 2

Na

na každé straně rovnice—a

H_{2} O

vynásobíme dvěma—na obou stranách tedy bude 6

O

a 4

H

. Vznikne nám tak tato vyčíslená reakce:

$2 NaOH (a q) + H_{2} {SO}_{4} (a q) \to 2 H_{2} O + {Na}_{2} {SO}_{4} (a q) Vyčísleno, jupí!$ ‍

Jakmile budeme mít vyčíslenou rovnici, položíme si následující otázky:

U kterého reaktantu či reaktantů již víme, kolik chemické látky budeme potřebovat?
Co se snažíme spočítat?

V tomto případě víme, že množství

H_{2} {SO}_{4}

je 3,10 gramů, a chceme vypočítat hmotnost

NaOH

. Vyzbrojeni vyčíslenou rovnicí a chutí nad úlohou zvítězit pak k vyřešení našeho stechiometrického úkolu použijeme následující strategii:

Krok č. 1: Převod známého množství reaktantu na moly.

V tomto případě je známou veličinou hmotnost

H_{2} {SO}_{4}

. Hmotnost

H_{2} {SO}_{4}

můžeme převést na moly za pomoci molární hmotnosti. Molární hmotnost

H_{2} {SO}_{4}

je 98,09 g/mol, moly

H_{2} {SO}_{4}

tedy zjistíme takto:

$3, 10 g H_{2} {SO}_{4} \cdot \frac{1 mol H_{2} {SO}_{4}}{98, 09 g H_{2} {SO}_{4}} = 3, 16 \cdot 10^{- 2} {mol H}_{2} {SO}_{4}$ ‍

Krok č. 2: Využití molárního poměru k zjištění molů dalšího reaktantu.

Chceme vypočítat množství

NaOH

, abychom mohli použít molární poměr mezi

NaOH

H_{2} {SO}_{4}

. Díky naší vyčíslené rovnici víme, že potřebujeme 2 moly NaOH na každý 1 mol

H_{2} {SO}_{4}

, což nám dává následující poměr:

${Molární poměr mezi NaOH a H}_{2} {SO}_{4} = \frac{2 mol NaOH}{1 {mol H}_{2} {SO}_{4}}$ ‍

Poměr můžeme využít k převodu molů

H_{2} {SO}_{4}

z prvního kroku na moly

NaOH

$3, 16 \cdot 10^{- 2} mol H_{2} {SO}_{4} \cdot \frac{2 mol NaOH}{1 {mol H}_{2} {SO}_{4}} = 6, 32 \cdot 10^{- 2} mol NaOH$ ‍

Všimni si, že molární poměr můžeme zapsat dvěma různými způsoby:

$\frac{2 mol NaOH}{1 {mol H}_{2} {SO}_{4}} ✓$ ‍nebo $\frac{1 {mol H}_{2} {SO}_{4}}{2 mol NaOH} X$ ‍

Dobereme se tak různých odpovědí! Jen jeden poměr však umožní jednotkám

H_{2} {SO}_{4}

správně se vyrušit. Pamatujme, že vždy je zásadní zkontrolovat si jednotky! Pokud by tě zajímalo video, kde vysvětlíme, jak s jednotkami zacházet jako s čísly, podívej se tady na video o rozměrové analýze.

Krok č. 3: Převod molů na hmotnost.

Moly

NaOH

z kroku č. 2 můžeme převést na hmotnost v gramech za pomoci molární hmotnosti

NaOH

$6, 32 \cdot 10^{- 2} mol NaOH \cdot \frac{40, 00 g NaOH}{1 mol NaOH} = 2, 53 g NaOH$ ‍

Pro tuto reakci budeme potřebovat 2,53 gramů $NaOH$ ‍ k úplné reakci s 3,10 gramy $H_{2} {SO}_{4}$ ‍.

Zkratka: Také můžeme zkombinovat všechny tři kroky do jediného výpočtu, je ale třeba věnovat zvýšenou pozornost jednotkám). K převedení hmotnosti

H_{2} {SO}_{4}

na hmotnost

NaOH

budeme postupovat takto:

$\begin{aligned} \underset{⏟}{3, 10 g H_{2} {SO}_{4} \cdot \frac{1 mol H_{2} {SO}_{4}}{98, 09 g H_{2} {SO}_{4}}} \cdot \underset{⏟}{\frac{2 mol NaOH}{1 {mol H}_{2} {SO}_{4}}} \cdot \underset{⏟}{\frac{40, 00 g NaOH}{1 mol NaOH}} = 2, 53 g NaOH \\ Krok č. 1 Krok č. 2 Krok č. 3 \\ {Zjisti moly H}_{2} {SO}_{4} Použij molární poměr Zjisti gramy NaOH \end{aligned}$ ‍

Když se pořádně pečlivě podíváme, dokážeme výpočet rozložit na výše uvedené tři kroky. Jediný rozdíl je ten, že převody neděláme postupně, ale v rámci jednoho výpočtu.

Shrnutí

Koeficienty z vyčíslené chemické reakce nás informují, jaký je poměr mezi reaktanty a produkty. Poměry koeficientů můžeme použít pro převod množství reaktantů a produktů v naší reakci.

Pokud se o stechiometrických výpočtech chceš dozvědět víc, podívej se na tohle skvělé pokračování o limitujících reaktantech a procentuálním výtěžku!

Tento text byl připraven na základě následujících článků:

"Chemical Reactions" z UC Davis ChemWiki, CC-BY-NC-SA 3.0
"Stoichiometry and Balancing Reactions" z UC Davis ChemWiki, CC-BY-NC-SA 3.0
"Amounts of Reactants and Products" z Boundless Chemistry, CC-BY-SA 4.0

Upravený článek je licencován podle CC-BY-NC-SA 4.0 licence.

Další literatura:

Kotz, J. C., Treichel, P. M., Townsend, J. R., and Treichel, D. A. (2015). Stoichiometry: Quantitative Information about Chemical Reactions. In Chemistry and Chemical Reactivity, Instructor's Edition (9th ed., pp. 139-149). Stamford, CT: Cengage Learning.

Chceš se zapojit do diskuze?

Přihlášení

Setřídit podle:

Zatím žádné příspěvky.

Umíš anglicky? Kliknutím zobrazíš diskuzi anglické verze Khan Academy.