Kapitel 3 Stökiometri Kapitel 3 Innehåll 3.1 Räkna genom att väga 3.2 Atommassor 3.3 Molbegreppet 3.4 3.5 Problemlösning 3.6 Kemiska föreningar 3.7 Kemiska formler 3.8 Kemiska reaktionslikheter 3.9 3.10 3.11 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 2 Kapitel 3 Kemisk stökiometri Stökiometri Läran om ämnesmängder som konsumeras och produceras i kemiska reaktioner. Avsnitt 3.1 Räkna genom att väga Kan utföras om den genomsnittliga massan för partiklarna är känd. Man utgår sedan från att dessa är identiska. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 3 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 4 Avsnitt 3.2 Atomic Atommassor Masses Masspektrometer Avsnitt 3.2 Atomic Atommassor Masses Relativ förekomst av olika tunga neonatomer i en masspektrometer David Young-Wolff/Alamy Copyright Cengage Learning. All rights reserved 5 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 6 1
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 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). Grundämnet kols atommassa är således i medeltal något över 12 amu: 12.011 amu Copyright Cengage Learning. All rights reserved 7 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 8 Avsnitt 3.3 The Molbegreppet Mole Avsnitt 3.3 The Molbegreppet Mole Substansmängd (mol) Antalet kolatomer i 12 gram 12 C. Ett styckemått som dussin eller tjog En mol vardera av jod koppar kvicksilver aluminium 1 mol = 6.022 10 23 st Avogadros tal (N A ) = 6.022 10 23 svavel järn Ken O'Donoghue Copyright Cengage Learning. All rights reserved 9 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 10 Avsnitt 3.3 The Molbegreppet Mole Jämförelse mellan massorna hos 1 mol av olika grundämnen Avsnitt 3.4 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 11 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 12 2
Avsnitt 3.4 Molmassor för några ämnen: för N 2 = 28.02 g/mol 2 14.01 g för H 2 O = 18.02 g/mol (2 1.008 g) + 16.00 g för Ba(NO 3 ) 2 = 261.35 g/mol 137.33 g + (2 14.01 g) + (6 16.00 g) Avsnitt 3.4 Förhållandet mellan massa (m), molmassa (M) och substansmängd (n) m = M n g = g mol mol Copyright Cengage Learning. All rights reserved 13 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 14 Avsnitt 3.4 Begreppskoll Vilket av följande 100.0 g prov innehåller störst antal mol? a) Magnesium b) Zink c) Silver 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 15 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 16 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 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 17 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 18 3
Avsnitt 3.7 Kemiska formler Övning Avsnitt 3.6 Kemiska föreningar Strukturformel som 3D-modell Bestäm den empiriska formeln för en förening som har följande procentuella viktssammansättning: Cl: 71.65% C: 24.27% H: 4.07% Två strukturformler visande isomerer av dikloretan (C 2 H 4 Cl 2 ) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 19 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 20 Avsnitt 3.7 Kemiska formler Olika slags formler Molekylformeln visar antal av varje atomslag i en molekyl Avsnitt 3.7 Kemiska formler Empirisk formel och molekylformel 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 21 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 22 Avsnitt 3.8 Kemiska reaktionslikheter Avsnitt 3.8 Kemiska reaktionslikheter Kemiska reaktioner I kemiska reaktioner sker en omorganisation mellan atomerna i de ingående föreningarna var på det bildas nya föreningar Metan brinner i syrgas och bildar koldioxid och vattenånga Kemiska reaktionslikheter En reaktionslikhet representerar den kemiska reaktionen med hjälp av en reaktionspil. reaktanter metan + syrgas CH 4 (g) + O 2 (g) produkter koldioxid + vatten CO 2 (g) + H 2 O(g) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 23 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 24 4
Avsnitt 3.8 Kemiska reaktionslikheter I en kemisk reaktion varken bildas eller förstörs atomer; det sker endast en omorganisering. I en balanserad reaktionslikhet är antalet atomer i reaktanterna = antalet atomer i produkterna CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(g) Avsnitt 3.9 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 25 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 26 Avsnitt 3.9 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. Avsnitt 3.9 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 27 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 28 Avsnitt 3.10 Balanserade reaktionslikheter kan användas till att beräkna mängderna av ämnen som reagerar och produceras i kemiska reaktioner. Avsnitt 3.9 Förbränning av etanol C 2 H 5 OH (l) + 3O 2 (g) 2CO 2 (g) + 3H 2 O (g) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 29 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 30 5
Avsnitt 3.10 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 31 Avsnitt 3.10 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 32 Avsnitt 3.10 Tankemodell Avsnitt 3.10 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 33 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 34 Definition Den begränsande reaktanten är den reaktant som förbrukas först och således begränsar mängden produkt som kan bildas. Du måste först bestämma vilken reaktant som är begränsande för att kunna avgöra hur mycket produkt som kan bildas Ett exempel CH 4 (g) + H 2 O(g) 3 H 2 (g) + CO(g) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 35 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 36 6
En blandning av CH 4 och H 2 O som reagerar CH 4 och H 2 O reagerar till H 2 och CO Copyright Cengage Learning. All rights reserved 37 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 38 Konklusion Metan är den begränsande reaktanten. Vatten finns kvar i produktblandningen efter fullständig reaktion. Reaktionslikheten är ett recept 2 brödskivor + 3 korvskivor + 1 ostskiva 1 smörgås Om vi har tillgång till 8 brödskivor 9 korvskivor 5 ostskivor Hur många smörgåsar kan tillverkas? Bestäm begränsande ingrediens. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 39 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 40 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. Övning I en process reagerar ammoniakgas med fast koppar(ii)oxid till kvävgas, metallisk koppar och vattenånga. Om 18.1 g ammoniak tillförs till 90.4 g koppar(ii)oxid, hur mycket kvävgas kan då bildas? Copyright Cengage Learning. All rights reserved 41 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 42 7
Verkningsgrad Anger hur långt en kemisk reaktion går. Den anger hur mycket produkt som bildas i procent av den möjliga (stökiometriska) mängden Actual yield 100% = percent yield Theoretical yield Copyright Cengage Learning. All rights reserved 43 8