1.3.5   Obliczenia stechiometryczne. Molowy, wagowy i objętościowy stosunek reagentów.

Uzgodnione równanie chemiczne jest zasadniczą częścią obliczeń chemicznych zwanych obliczeniami stechiometrycznymi. Wynikający z równania stosunek ilości moli reagujących ze sobą substancji chemicznych jest podstawą wszelkich rozważań ilościowych. Jako przykład rozważmy zapis reakcji chemicznej zachodzącej między kwasem ortofosforowym(V) i cynkiem:

Z reakcji wynika, że 3 atomy magnezu reagują z 2 cząsteczkami kwasu ortofosforowego(V) przy czym powstaje 1 cząsteczka ortofosforanu(V) cynku i 3 cząsteczki wodoru. Prowadząc tę reakcję na znacznie większych zbiorach cząsteczek - większych 6,022*10²³ razy (liczba Avogadra) - uzyskamy informację o stosunkach molowych reagentów. Oznacza to, że 3 mole cynku reagują z 2 molami kwasu ortofosforowego(V) z utworzeniem 1 mola ortofosforanu(V) cynku i 3 moli wodoru, co można zapisać:

Jeśli zostaną wzięte inne ilości cynku, to będą potrzebne inne ilości kwasu i powstaną inne ilości produktów, ale zawsze będzie zachowany stosunek molowy reagentów równy .

Chcąc przedstawić stosunki reagujących substancji w jednostkach masy należy obliczyć masy molowe reagentów i uwzględnić ich współczynniki stechiometryczne. Masy molowe pierwiastków można odczytać w układzie okresowym pierwiastków. Masy molowe pierwiastków występujących w przedstawionej reakcji wynoszą:

Mg – 24,305 g/mol

H – 1,008 g/mol,

P - 30,994 g/mol,

O – 15,999 g/mol.

Masy molowe reagentów wynoszą odpowiednio:

M_Mg = 24,305 g/mol

Po uwzględnieniu współczynników stechiometrycznych otrzymuje się stosunki mas reagujących substancji:

Znając tę proporcję można wyliczyć ilość dowolnego reagenta reagującego z zadaną ilością innego.

Przykład 12.

Oblicz, ile moli i ile gramów siarczanu(VI) sodu można otrzymać z 1,316 g wodorotlenku sodu.

Rozwiązanie.

Aby znaleźć zależność między ilościami reagujących substancji należy napisać równanie reakcji otrzymywania soli za pomocą NaOH, np.:

Z uzgodnionego równania wynika, że z 2 moli wodorotlenku sodu otrzymuje się  1 mol siarczanu(VI) sodu. Relację tę należy przedstawić w jednostkach masy, obliczając uprzednio masę molową wodorotlenku sodu M_NaOH = 39,997 g/mol i  

Ilość ta stanowi część mola siarczanu(VI) sodu czyli 0,016 mola

Odpowiedź

W reakcji można otrzymać 0,016 mola czyli 2,337 g siarczanu(VI) sodu.

W reakcjach, w których uczestniczą gazy można posługiwać się w obliczeniach objętością molową. Objętość molowa gazu doskonałego, a tak traktujemy w pierwszym przybliżeniu gazy rzeczywiste, w warunkach normalnych wynosi 22, 414 dm³/mol.

 Przykład 13.

Oblicz objętość wodoru (war. norm.), powstającego podczas reakcji kwasu ortofosforowego(V) z magnezem, który towarzyszy tworzeniu się 100,0 g ortofosforanu(V) magnezu.

Rozwiązanie

Po uzgodnieniu reakcji:

możemy uzyskać relację między związkami będącymi przedmiotem rozważań:

Odpowiedź

Objętość wodoru wynosi 25,58 dm³.