Стехіометрія
Стехіометрія перетворює урівняне хімічне рівняння на кількісний інструмент. Коефіцієнти задають молярні відношення між реагентами й продуктами, але маси не можна порівнювати без переходу до кількості речовини. Типовий алгоритм: перевести дані в молі, застосувати коефіцієнтне відношення, знайти лімітуючий реагент і лише потім перевести результат у потрібну одиницю.
Наочна модель
Інтерактивна модель
Коефіцієнти — це молярні відношення
У N₂+3H₂→2NH₃ один моль N₂ реагує з трьома молями H₂ і може утворити два молі NH₃. Те саме відношення справедливе для числа молекул, але не для грамів. Молярні маси різні, тому масу спочатку переводять у n=m/M, а потім використовують стехіометричний множник із урівняного рівняння.
Приклад маса → молі → маса
10,0 g H₂ відповідають приблизно 10,0/2,016=4,96 mol H₂. За відношенням 3 mol H₂ : 2 mol NH₃ це дає 4,96×2/3≈3,31 mol NH₃. За M(NH₃)≈17,03 g·mol⁻¹ теоретична маса становить приблизно 56,4 g, якщо N₂ є в достатньому надлишку. Одиниці на кожному кроці допомагають відразу побачити помилковий коефіцієнт.
Лімітуючий реагент визначає максимум продукту
Якщо задано кількості двох реагентів, кожну порівнюють із потрібним коефіцієнтним співвідношенням або обчислюють, скільки продукту міг би дати кожен окремо. Менший можливий вихід належить лімітуючому реагенту. Інший реагент залишається в надлишку. Не можна визначати лімітуючий реагент просто за меншою масою чи меншою кількістю молів без урахування коефіцієнтів.
Розчини використовують n=cV
Для розчину кількість розчиненої речовини часто знаходять як n=cV, де c в mol·L⁻¹, а V у літрах. Після цього застосовується та сама молярна стехіометрія. У титруванні в точці стехіометричної еквівалентності молі реагентів пов’язані коефіцієнтами реакції, але це не означає, що їхні концентрації чи об’єми обов’язково рівні.
Теоретичний і фактичний вихід
Теоретичний вихід — максимум, передбачений лімітуючим реагентом за ідеального перебігу реакції. Фактичний вихід вимірюють експериментально. Відсотковий вихід = фактичний/теоретичний×100%. Значення трохи понад 100% часто вказує не на «надреакцію», а на домішки, залишковий розчинник, неправильне висушування або похибку вимірювання. Розмірнісна перевірка є корисним захистом від помилок: на кожному кроці одиниці мають скорочуватися до потрібної кінцевої одиниці. Якщо після множення стехіометричного коефіцієнта залишаються несумісні g, mol або L, перетворення виконано неправильно.
Завдання
Аміак
4,50 mol H₂ реагують із надлишком N₂. Скільки mol NH₃ теоретично утвориться?
Розв’язання: 4,50×(2/3)=3,00 mol NH₃.
Лімітуючий реагент
Є 2,0 mol N₂ і 3,0 mol H₂. Який реагент лімітує N₂+3H₂→2NH₃?
Розв’язання: Для 2,0 mol N₂ потрібно 6,0 mol H₂, але є лише 3,0 mol. H₂ є лімітуючим.
Вихід
Теоретично очікували 50,0 g продукту, а одержали 42,0 g. Який відсотковий вихід?
Розв’язання: 42,0/50,0×100%=84,0%.