Kapitel 3. Stökiometri

Kapitel 3 Stökiometri

Kapitel 3 Innehåll 3.1 Räkna genom att väga 3.2 Atommassor 3.3 Molbegreppet 3.4 Molmassa 3.5 Problemlösning 3.6 Kemiska föreningar 3.7 Kemiska formler 3.8 Kemiska reaktionslikheter 3.9 Balansera reaktionslikheter 3.10 Stökiometriska beräkningar 3.11 Begränsande reaktant Copyright Cengage Learning. All rights reserved 2

Avsnitt 3.1 Räkna genom att väga Övning Några stenkulor väger 394.80 g. 10 stenkulor väger 37.60 g. Hur många stenkulor finns det? Den genomsnittliga massan för en stenkula = 37,60g 10stenkulor = 3,76g / stenkula 394,80g 3,76g / stenkula = 105stenkulor Copyright Cengage Learning. All rights reserved 5

Avsnitt 3.2 Atomic Atommassor Masses Massan hos olika atomslag (grundämnen) Grundämnen förekommer i naturen som blandningar av olika tunga isotoper Förekomst Vikt Kol = 98.89% 12 C 12 amu 1.11% 13 C 13.003 amu <0.01% 14 C 14.003 amu Grundämnet kols atommassa är således i medeltal något över 12 amu: 12.011 amu Copyright Cengage Learning. All rights reserved 6

Avsnitt 3.2 Atomic Atommassor Masses Atommassor Ett grundämnes atommassa är medelvärdet av de naturligt förekommande isotopernas massor. Alla atommassor graderas på en skala som tillskriver isotopen 12 C exakt 12 massenheter (amu = atomic mass unit). Copyright Cengage Learning. All rights reserved 7

Avsnitt 3.3 The Molbegreppet Mole Substansmängd (mol) Antalet kolatomer i 12 gram 12 C. Ett styckemått som dussin eller tjog 1 mol = 6.022 10 23 st Avogadros tal (N A ) = 6.022 10 23 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 10

Avsnitt 3.4 Molmassa Molmassa Ett ämnes molmassa (M) är massan av ett mol av ämnet För ett grundämne är molmassan = atommassa M grafit =M C = 12.01 amu = 12.01 g/mol För en kemisk förening utgår man från formeln M CO2 = M C + 2 M O = 12.01 + 2 16.00 = 44.01 g/mol Copyright Cengage Learning. All rights reserved 14

Avsnitt 3.4 Molmassa Molmassor för några ämnen: Molmassa för N 2 = 28.02 g/mol 2 14.01 g Molmassa för H 2 O = 18.02 g/mol (2 1.008 g) + 16.00 g Molmassa för Ba(NO 3 ) 2 = 261.35 g/mol 137.33 g + (2 14.01 g) + (6 16.00 g) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 15

Avsnitt 3.4 Molmassa Övning Antag 100.0 gram av vardera förening: H 2 O, N 2 O, C 3 H 6 O 2, CO 2 Ordna dem från den med störst till minst antal syreatomer. H 2 O, CO 2, C 3 H 6 O 2, N 2 O Copyright Cengage Learning. All rights reserved 18

Avsnitt 3.5 Problemlösning Symboltänkande: tänka i bilder Vart ska vi? Läs problemet och bestäm vad du söker. Hur ska vi komma dit? Arbeta dig bakåt från det du söker. Dela upp uppgiften i mindre delar Verklighetskontroll. När du erhållit ett svar, kontrollera om det är rimligt. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 19

Avsnitt 3.6 Kemiska föreningar Den procentuella sammansättningen Massprocent av ett grundämne i en förening: massan av grundämnet i en mol av föreningen Mass-% = 100% massan av en mol av föreningen Massprocent järn i järn(iii)oxid, Fe 2 O 3 (rost): 2 M(Fe) 2 55.85 Mass-% = = 100% = 69.94% M(Fe 2 O 3 ) 2 55.85 + 3 16.00 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 21

Avsnitt 3.6 Kemiska föreningar Övning Antag 100.0 gram av vardera förening: H 2 O, N 2 O, C 3 H 6 O 2, CO 2 Ordna dem från högsta till lägsta viktsinnehåll av syre. H 2 O, CO 2, C 3 H 6 O 2, N 2 O Copyright Cengage Learning. All rights reserved 22

Avsnitt 3.7 Kemiska formler Olika slags formler Molekylformeln visar antal av varje atomslag i en molekyl Molekylformel för bensen: C 6 H 6 Den empiriska formeln ger heltalsförhållandet mellan ingående atomslag i ett kemiskt ämne Empirisk formel för bensen: CH Molekylformel = (Empirisk formel) n Strukturformel visar hur de ingående atomerna är bundna till varandra i en molekyl Copyright Cengage Learning. All rights reserved 23

Avsnitt 3.7 Kemiska formler Bestämning av en förenings empiriska formel 1. Utgå från den procentuella sammansättningen 2. Antag 100 gram av förening. 3. Bestäm antalet mol av varje grundämne i 100 gram av föreningen. 4. Dividera alla substansmängder med den minsta substansmängden. 5. Multiplicera varje värde med n tills heltal erhålles. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 26

Avsnitt 3.7 Kemiska formler Övning Bestäm den empiriska formeln för en förening som har följande procentuella viktssammansättning: Cl: 71.65% C: 24.27% H: 4.07% Copyright Cengage Learning. All rights reserved 27

Avsnitt 3.8 Kemiska reaktionslikheter Kemiska reaktionslikheter En reaktionslikhet representerar den kemiska reaktionen genom att visa reaktanterna på vänstra sidan och produkterna på högra sidan om reaktionspilen: CH 4 (g) + O 2 (g) CO 2 (g) + H 2 O(g) metan + syrgas koldioxid + vatten Copyright Cengage Learning. All rights reserved 28

Avsnitt 3.8 Kemiska reaktionslikheter Balansera reaktionslikheter I en kemisk reaktion varken bildas eller förstörs atomer; det sker endast en omorganisering. Samma antal av olika atomslag i reaktanterna måste finnas med i reaktionsprodukterna. CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(g) metan + syrgas koldioxid + vatten Copyright Cengage Learning. All rights reserved 29

Avsnitt 3.8 Kemiska reaktionslikheter CH 4 (g) + 2 O 2 (g) 1 molekyl + 2 molekyler 1 mol + 2 mol 16 g + 2 (32 g) 80 g reaktanter CO 2 (g) + 2 H 2 O(g) 1 molekyl + 2 molekyler 1 mol + 2 mol 44 g + 2 (18 g) 80 g produkter Copyright Cengage Learning. All rights reserved 30

Avsnitt 3.9 Balansera reaktionslikheter Skriva och balansera kemiska reaktionslikheter 1. Avgör vilken reaktion som sker Kemiska formler för reaktanter och produkter Och deras aggregationstillstånd! 2. Skriv den obalanserade reaktionslikheten 3. Balansera reaktionslikheten m.h.a. huvudräkning Börja med de mest komplicerade molekylerna 4. Kontrollera antalet av de olika atomslagen Copyright Cengage Learning. All rights reserved 32

Avsnitt 3.9 Balansera reaktionslikheter Förbränning av etanol Flytande etanol och syrgas koldioxid och vattenånga C 2 H 5 OH (l) + O 2(g) CO 2(g) + H 2 O (g) reaktanter produkter 2 mol C 1 mol C 6 mol H 2 mol H 3 mol O 3 mol O C 2 H 5 OH (l) + 3 O 2(g) 2 CO 2(g) + 3 H 2 O (g) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 33

Avsnitt 3.9 Balansera reaktionslikheter Övning Vid 1000 C reagerar ammoniakgas med syrgas och bildar kväveoxid och vattenånga. Reaktionen är det första steget i kommersiell produktion av salpetersyra. Skriv reaktionslikheten. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 35

Avsnitt 3.9 Balansera reaktionslikheter Begreppskoll Vilka uttalanden stämmer för balanserade reaktionslikheter? I. Antal molekyler ändras inte. II. Koefficienterna anger hur mycket av varje ämne du låter reagera. III. Atomer varken skapas eller förstörs. IV. Koefficienterna anger massförhållandet mellan de ingående ämnena. V. Summan av koeffiecienterna på ena sidan skall vara samma som summan av dem på andra sidan. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 36

Avsnitt 3.9 Balansera reaktionslikheter Viktiga regler Antalet atomer av respektive atomslag (grundämnen) måste vara lika på bägge sidor av reaktionspilen i en balanserad reaktionslikhet. Indexlägets siffra i en kemisk formel får INTE ändras för att balansera reaktionen. En balanserad reaktionslikhet ger förhållandet mellan antalet molekyler som reagerar och produceras i kemiska reaktioner. Koefficienter ska anges med minsta möjliga heltal. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 37

Avsnitt 3.10 Stökiometriska beräkningar Stökiometriska beräkningar Balanserade reaktionslikheter kan användas till att beräkna mängderna av ämnen som reagerar och produceras i kemiska reaktioner. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 38

Avsnitt 3.10 Stökiometriska beräkningar Hur mycket vatten bildas vid förbränning av 100. g etanol? 1. C 2 H 5 OH (l) + 3 O 2(g) 2 CO 2(g) + 3 H 2 O (l) Etanol: m = 100 g n = m/m 2. M = 2 12.01 + 6 1.008 + 1 16.00 = 46,068 g/mol n = 100 g / 46.068 g/mol = 2.1707 mol 3. Molförhållande C 2 H 5 OH : H 2 O = 1 : 3 4. n(h 2 O) = 3 n(c 2 H 5 OH) = 3 2.1707 mol = 6.5121 mol 5. Vatten: n = 6.5121 mol m = n M M = 2 1.008 + 1 16.00 = 18.016 g/mol m = 6.5121 mol 18.016 g/mol = 117.3 g 6. Svar: Det bildas 117 g vatten Copyright Cengage Learning. All rights reserved 39

Avsnitt 3.10 Stökiometriska beräkningar Mall för att beräkna mängden reaktanter eller produkter 1. Balansera reaktionslikheten för reaktionen 2. Omvandla massan till substansmängd för den kända reaktanten eller produkten 3. Den balanserade reaktionslikheten ger molförhållandet mellan reaktant och produkt 4. Använd molförhållandet för att beräkna substansmängden av sökt reaktant/produkt 5. Omvandla från substansmängd till massa 6. Ge ett kort men tydligt svar med korrekt antal signifikanta siffror och rätt enhet Copyright Cengage Learning. All rights reserved 40

Avsnitt 3.10 Stökiometriska beräkningar Övning Beakta följande reaktion: P 4 (s) + 5O 2 (g) = 2P 2 O 5 (s) Om 6.25 g fosfor förbränns (oxideras) enligt reaktionen ovan, hur stor massa syrgas reagerar den då med? 8.07 g O 2 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 42

Avsnitt 3.11 Begränsande reaktant Definition Den begränsande reaktanten är den reaktant som förbrukas först och således begränsar mängden produkt som kan bildas. Bestäm vilken reaktant som är begränsande för att avgöra hur mycket produkt som kan bildas Copyright Cengage Learning. All rights reserved 43

Avsnitt 3.11 Begränsande reaktant Stökiometri reaktioner med en begränsande reaktant 1. Balansera reaktionslikheten 2. Omvandla från massa till substansmängd (mol). 3. Fastställ vilken reaktant som är begränsande. 4. Utgå från substansmängden av den begränsande reaktanten för att fastställa hur mycket produkt som kan bildas. 5. Omvandla från mol till massa. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 50

Avsnitt 3.11 Begränsande reaktant Övning I en process reagerar ammoniakgas med fast koppar(ii)oxid till kvävgas, metallisk koppar och vattenånga. Om 18.1 g NH 3 (g) tillförs till 90.4 g CuO(s), hur stor massa N 2 (g) kan då teoretiskt bildas? Copyright Cengage Learning. All rights reserved 51

Avsnitt 3.11 Begränsande reaktant Begreppskoll Du vet att ämne A reagerar med ämne B. Du låter 10.0 g av ämne A reagera med 10.0 g av ämne B. Vad behöver du veta för att bestämma hur mycket produkt som kan bildas? Copyright Cengage Learning. All rights reserved 52

Avsnitt 3.11 Begränsande reaktant Verkningsgrad Är en viktig parameter som anger hur effektivt en kemisk reaktion utförs. Den anger hur mycket produkt som bildas i procent av den teoretiska mängden Actual yield 100% Theoretical yield = percent yield Copyright Cengage Learning. All rights reserved 53