Stöchiometrie

Eng ausgeglach Reaktiounsgläichung ass eng Quantitéitsrelatioun

D’Koeffizienten an enger ausgeglachener chemescher Gläichung weisen d’Verhältnesser tëscht Zuele vu Partikelen an domat och tëscht Mol. Bei 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O reagéieren zwee Mol H₂ mat engem Mol O₂ a bilden zwee Mol H₂O. D’Koeffiziente si keng Massen; Gramm däerfen net direkt am Verhältnis 2:1:2 verglach ginn.

Virun all stöchiometrescher Rechnung muss d’Gläichung ausgeglach sinn. D’Indexzuelen an de Formele ginn dobäi net geännert: H₂O duerch H₂O₂ z’ersetzen, fir d’Zuel vun den Atomer passend ze maachen, géif eng aner Substanz bedeiten.

Déi robust Method: ëmrechnen, Verhältnis uwenden, zeréckrechnen

Vu Mass op Mol

Benotzt n = m/M. Fir 4,032 g H₂ a M(H₂) ≈ 2,016 g·mol⁻¹ kritt een 2,000 mol H₂. D’Gläichung gëtt e Verhältnis 2:2 tëscht H₂ an H₂O; domat ass de theoretesche Maximum 2,000 mol H₂O.

Vun enger Léisung op Mol

Fir eng Léisung gëllt n = cV, wann c a mol·L⁻¹ an V a Liter agesat gëtt. Esou gëtt eng Volumenmooss fir d’éischt an eng Stoffquantitéit ëmgewandelt, éier d’Reaktiounsverhältnis benotzt gëtt.

De limitéierende Reaktant setzt déi maximal Quantitéit fest

Bei méi Reaktanten däerf een net einfach déi klengst Mass als limitéierend betruechten. All Quantitéit gëtt a Mol ëmgerechent, an da gëtt gekuckt, wéi vill Reaktiounsfortschrëtt si am Verhältnis zu hirem Koeffizient erlaabt. De Reaktant mat der klengster méiglecher Fortschrëtt ass limitéierend.

Fir N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃ géif 1,0 mol N₂ genee 3,0 mol H₂ verlaangen. Wann nëmmen 2,0 mol H₂ do sinn, ass Waasserstoff limitéierend an et kënnen héchstens 4/3 mol NH₃ entstoen.

Rendement, Rengheet a reell Donnéeën

De prozentuale Rendement vergläicht déi tatsächlech erhalen Quantitéit mat der theoretescher: Rendement = tatsächlech/theoretesch × 100 %. Bei enger onrenger Prouf muss fir d’éischt bestëmmt ginn, wéi en Deel wierklech de gesichte Reaktant ass. Dat ännert d’Ausgangsquantitéit, net d’Koeffiziente vun der Reaktioun.

Bei Gasen ass de Volumen nëmmen ënner passende, vergläichbare Bedéngungen direkt proportional zu de Mol. Fir präzis Aarbecht benotzt een eng Zoustandsgläichung oder passend thermodynamesch Donnéeën an net een eenzegt „universellt Molvolumen“.

Eenheete kontrolléieren an net ze fréi ronnen

Schreift d’Eenheeten an all Schrëtt mat: g × mol·g⁻¹ × mol Produkt·mol⁻¹ Reaktant × g·mol⁻¹. Wa se sech net bis zur gesichter Eenheet ophiewen, ass d’Rechnung wahrscheinlech falsch opgebaut.

Ronn net ze fréi. Behalen zousätzlech Ziffere bei Zwëscheresultater a ronn eréischt um Schluss no der Präzisioun vun den Ausgangsdonnéeën.

Komplett Mass → Mol → Mass-Rechnung

Fir N₂ + 3H₂ → 2NH₃ ginn 10,0 g H₂ bei engem Iwwerschoss u N₂ a mat M(H₂) ≈ 2,016 g·mol⁻¹ zu 4,96 mol H₂. D’Verhältnis 2/3 gëtt 3,31 mol NH₃ an, mat M(NH₃) ≈ 17,031 g·mol⁻¹, e theoretesche Rendement vun ongeféier 56,4 g NH₃.

Wann d’Eenheete bei all Schrëtt dobäi stinn, bleift d’dimensional Logik sichtbar an vill Opbaufeeler falen direkt op.

Mol-Verhältnis-Rechner

De Rechner mécht nëmmen de Schrëtt mam Mol-Verhältnis. Fir eng komplett Aufgab brauch een nach ëmmer eng ausgeglach Gläichung an déi néideg Ëmrechnunge vu Mass, Volumen oder Konzentratioun.

Iwwerschoss a Material dat iwwreg bleift

Wann de limitéierende Reaktant feststeet, gëtt mam selwechte Mol-Verhältnis berechent, wéi vill vum Reaktant am Iwwerschoss verbraucht gouf. Bei N₂ + 3H₂ → 2NH₃ mat 2,00 mol N₂ an 4,00 mol H₂ ass H₂ limitéierend. Fir 4,00 mol H₂ braucht een 4,00/3 = 1,33 mol N₂; domat bleiwen 0,67 mol N₂ iwwreg.

Dës Reschtquantitéit ass wichteg fir Reakterdesign, Käschten, Trennung a Sécherheet.

Léisungs- a Gasstöchiometrie

Bei enger Léisung gëtt mat n = cV aus Konzentratioun a Volumen d’Molzuel berechent. 25,00 mL vun 0,1000 mol·L⁻¹ HCl enthalen 0,002500 mol HCl; well HCl + NaOH → NaCl + H₂O am Verhältnis 1:1 reagéiert, neutraliséiert dat 0,002500 mol NaOH.

Bei Gasen kann eng Zoustandsgläichung wéi PV = nRT benotzt ginn, wann ideal Verhalen eng gutt Approximatioun ass. Bei gläicher Temperatur an Drock si Gasvolumë proportional zu de Molzuelen: bei 2H₂ + O₂ → 2H₂O(g) reagéieren zwou Volumseenheeten H₂ mat enger Volumseenheet O₂.

Rengheet, Hydrater an déi tatsächlech Formel

Wann e feste Prouf nëmmen 92,0 Masse-% vum aktiven Reaktant enthält, däerf nëmmen 0,920 mol d’Proufmass an d’Molrechnung agoen. Hydrater erfuerderen och d’Molmass vun der tatsächlecher Formel: CuSO₄·5H₂O huet eng aner Massefraktioun u CuSO₄ wéi waasserfräit CuSO₄.

Vill vermeintlech Stöchiometriefeeler sinn eigentlech Formel- oder Zesummesetzungsfeeler, déi scho virum Uwende vum Koeffizientenverhältnis gemaach goufen.

Reaktiounsextent a Prezisioun

An enger méi fortgeschratt Beschreiwung weist d’Reaktiounsextent ξ, wéi wäit eng Reaktioun fortgeschratt ass. Mat dem virzeechebehaftene stöchiometresche Koeffizient νᵢ gëllt Δnᵢ = νᵢξ. Fir N₂ + 3H₂ → 2NH₃ verbraucht ξ = 1,00 mol genee 1,00 mol N₂ an 3,00 mol H₂ a produzéiert 2,00 mol NH₃.

D’ganzzueleg Koeffiziente vun enger ausgeglachener Gläichung sinn exakt a limitéieren net d’Zuel vun de signifikante Stellen. D’Prezisioun kënnt aus de gemoossene Massen, Volumë, Konzentratiounen a Molmassen; et ass besser Tëschenzifferen ze behalen an eréischt um Schluss ze ronnen.

Geléisten Übungen