CH10. Stechiometrické výpočty (výpočty z chemických rovnic)

Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona PufferováGymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o.

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO

VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“

Soubor prezentací: CHEMIE PRO I. ROČNÍK GYMNÁZIA

Stechiometrické výpočty

• jsou velmi důležité pro správné plánování chemických pokusů a chemických výrob

• používáme tam, kde potřebujeme mít přehled o množství reaktantů vstupujících do reakce a množství produktů z reakce vystupujících

Chemická rovnice

• vystihuje průběh chemické reakce

• určuje chemickou reakci po stránce kvalitativní i kvantitativní

• určuje hmotnostní poměry látek, které do reakce vstupují a vystupují

obr. č.1 Chemická reakce

Chemické reakce

vycházejí ze: • Zákona zachování hmotnosti:

součet hmotností reaktantů se rovná součtu hmotností produktů (počty atomů určitého druhu jsou na obou stranách rovnice stejné)

• výjimka: radioaktivní přeměny (i zde platí zákon zachování hmotnosti a energie)

Příklad reakce

2 NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2 H2O

2 mol 1 mol 1 mol 2 mol 2.23 g 98 g 142 g 2.18 g

Rovnice vyjadřuje, že na neutralizaci 46 g NaOH potřebujeme 98 g 100% H2SO4. Reakcí vznikne 142 g Na2SO4 a 36 g H2O.

Pravidla pro výpočty

1. Chemickou reakci vyjádříme vyčíslenou chemickou rovnic.

2. Zapíšeme molární hmotnosti.

3. Uvedené údaje sestavíme do úměry, kterou vyřešíme.

obr. č.2 Chemik

Řešení příkladu pomocí trojčlenky

Zápis chemické reakce, podtržení známé, neznámé látky

2Mg + O2 → 2MgO

A B

Zápis známých i neznámých veličin

a = 2, b = 2, M(A=Mg) = 24 g/mol,M(B = MgO) = 40 g/mol, m(A = Mg) = 6 g, m(B = MgO) = ?

Sestavení trojčlenky, výpočet ze 2 · 24 g Mg ….. 2 · 40 g MgOze 6 g Mg …………….. x g MgOx = 6 / 48 · 80 = 10 g

Odpověď Hořením 6 g hořčíku vznikne 10 g oxidu hořečnatého.

Kolik g oxidu hořečnatého vznikne hořením 6 g hořčíku?

Řešení příkladu pomocí vzorce

• látkové množství n je definováno jako vztah mezi hmotností m, molární hmotností M :

n = m/M• pokud A = známá látka, B = neznámá látka,• a, b = stechiometrické koeficienty

nA = nB

mA/a.MA = mB/b.Mb

mB = b/a . Mb /MA .mA

Řešení příkladu pomocí vzorce

Zápis chemické reakce, pod-tržení známé látky - A, neznámé látky - B

2Mg + O2 → 2MgO

A B

Zápis známých i neznámých veličin

a = 2, b = 2, M(A) = 24 g/mol,M(B) = 40 g/mol, m(A) = 6 g, m(B) = ?

Zápis obecné rovnice, dosazení, výpočet

m(B) = b/a · M(B) / M(A) · m(A)m(B) = 2 / 2 · 40 / 24 · 6 m(B) = 1 · 240 / 24 = 10 g

Odpověď Hořením 6 g hořčíku vznikne 10 g oxidu hořečnatého.

Kolik g oxidu hořečnatého vznikne hořením 6 g hořčíku?

Úloha - vypočtěte

1. Kolik g NH3 vznikne reakcí 2,8 g dusíku s vodíkem?

(3,4 g)2. Kolik g MgO vznikne hořením 1,5 g hořčíku? (2,5 g)

3. Kolik g vodíku vznikne reakcí 50 g zinku s kyselinou chlorovodíkovou? (1,5 g)

Výpočty hmotností látek o dané koncentraci

• Kolik g 34 % HCl a kolik g 20 % roztoku KOH potřebujeme na přípravu 149 g KCl ( HCl = 1,17 g/cm3)?

• Rovnice: HCl + KOH KCl + H2O 36,5g 56g 74,5g• Úměra 36,5 g HCl 100%.......74,5 g KCl 56 g KOH……..74,5 g KCl x g HCl 100%........149 g KCl x g KOH ……. 149 g KCl

x = 73 g HCl 100 % x = 112 g KOH 100 %• Přepočet na 34 % - nepřímá úměra 73 g HCl………………100 % 112 g KOH……..100 %

x g HCl……………… 34 % x g KOH………20 % x = 214,7 g 34 % HCl x = 560 g 20 % KOH

• Přepočet hmotnosti na objem (u HCl) V = m/ = 214,7/1,17 = 183,5 ml 34 % HCl

• Odpověď: K přípravě 149 g KCl je třeba 214,7 g (183,5 ml) 34 % HCl a 560 g 20 % KOH.

Výpočty z rovnic

• Kolik litrů CO2 lze připravit reakcí HCl s 50 g K2CO3? M (CO2) = 44 g/mol, M (K2CO3) = 138,2 g/mol.

• rovnice 2 HCl + K2CO3 CO2 + 2 KCl + H2O

138,2 g 44 g• úměra 138,2 g K2CO3 …………… 44 g CO2

50 g K2CO3 …………… x g CO2

x = 15,92 g CO2

• výpočet molárního množství n = m/M n = 15,92/44 = 0, 36 mol CO2

• přepočet na objem V = n . Vm V = 0,36 . 22,4 = 8,10 l CO2

• odpověď: Reakcí lze připravit 8,10 l CO2.

Výpočty z rovnic s molárním objemem V m

• Pro zjednodušení uvažujeme reakce za standardních podmínek (t = 0°C, p = 101,3 kPa).

• Platí: 1 mol plynu za standardních podmínek zaujímá objem 22,4 l (dm3).

Příklad výpočtu molárního objemu plynu

• Kolik dm3 vodíku vznikne rozkladem 1 kg vody?• Vodík je plyn a 1 mol zaujímá 22,4 dm3.• M(H2O) = 18 g/cm3

• Rovnice 2 H2O 2 H2 + O2

• Úměra 2 . 18 g H2O……..2 . 22,4 dm3 H2

1000 g H2O……………… x dm3 H2

x = 2 . 22,4. 1000/ 2 . 18 = 1244,4 dm3 H2

• Odpověď Rozkladem 1 kg vody vznikne 1244,4 dm3 vodíku.

Příklad výpočtu molárního objemu plynu

• Využíváme vztahu n = V/Vm

• V = objem plynu, Vm = molární objem plynu, n = počet mol

• Příklad: Kolik mol obsahuje 1 m3 kyslíku?• Řešení: n = V/Vm

n = 1000/22,4

n = 44,64 mol kyslíku• Odpověď: 1 m3 kyslíku obsahuje 44,64 mol kyslíku.

Složitější výpočet

• Kolik l H2S vznikne a kolik ml 20 % HCl potřebujeme na rozklad 220 g FeS? Kolik g FeCl2 reakcí vznikne? 20 % HCl = 1,1 g/ cm3.

• Rovnice FeS + 2 HCl FeCl2 + H2S

88 g 2.36,5 g 126,8 g 22,4 l• Výpočet objemu H2S: 88 g FeS………………….. 22,4 l H2S

220 g FeS…………………….x l H2S

x = 56 l H2S• Výpočet množství HCl na 88 g FeS…………………73 g HCl

na 220 g FeS…………………x g HClx = 182,5 g 100 % HCl

Složitější výpočet

• Přepočet na 20 % HCl – nepřímá úměra 182,5 g HCl………………100 % x g HCl……………… 20 %

x = 912,5 g 20 % HCl

• Přepočet na objem HCl V = m/ = 912,5/1,1 = 829,5 ml 20 % HCl

• Výpočet množství FeCl2 88 g FeS………………….126,8 g FeCl2 220 g FeS………………………..x g FeCl2

x = 317 g FeCl2 • Odpověď: Vznikne 56 l H2S. Na rozklad 220 g FeS potřebujeme 829,5 ml

20 % HCl. Vznikne 317 g FeCl2.

Úloha - vypočtěte

• Kolik g rtuti a kolik dm3 kyslíku vznikne rozkladem 108 g HgO?

• rovnice 2 HgO → 2 Hg + O2

2.217g 2.201g 22,4 dm3

• úměra ze 434 g HgO ........... 402 g Hg ze 108 g HgO ............ x g x = 402.108/434 = 100 g Hg

• výpočet objemu kyslíku ze 434 g HgO .......... 22,4 dm3

ze 108 g HgO .......... x dm3 x = 108.22,4/434 = 5,6 dm3 O2

• odpověď Rozkladem 108 g HgO vznikne 100 g Hg a 5,6 dm3 O2.

Úloha - vypočtěte

1. Bismut se připravuje redukcí oxidu bismutitého vodíkem. Reakce probíhá podle rovnice: Bi2O3 + 3 H2 2Bi + 3 H2O

Vypočtěte, kolik dm3 vodíku by bylo třeba pro přípravu 30 g bismutu.

2. Oxid vápenatý se získává termickým rozkladem uhličitanu vápenatého: CaCO3 CaO + CO2

Vypočti, kolik gramů CaO vznikne z 900 g CaCO3.

3. Tetrakarbonyl nikl se rozkládá při teplotě nad 230°C. Děj vyjadřuje rovnice: Ni(CO)4 Ni + 4 CO

Vypočtěte, kolik gramů niklu se vyloučilo, jestliže v průběhu reakce vzniklo 80 dm3 CO.

4. Vypočtěte, kolik gramů oxidu železitého je potřeba navážit na přípravu 30 g Fe aluminotermickou reakcí: Fe2O3 + 2 Al Al2O3 + 2 Fe.

Úloha - vypočtěte

Zelené rostliny mají velký význam pro život na Zemi. Při fotosyntéze produkují kromě glukózy také množství kyslíku nezbytného k dýchání. Vypočítej, kolik gramů kyslíku se uvolní přeměnou 1 kg oxidu uhličitého při fotosyntéze.

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

Kontrola: 727,3 g kyslíku.

Použité informační zdroje

Obrázky [1] [online]. [cit. 2012-11-10]. Dostupné z http://www.komenskeho66.cz/materialy

/chemie/WEB-CHEMIE9/index9.html[2] [online]. [cit. 2012-11-10]. Dostupné z http://soplustil.atlasweb.cz/stranky/g3b.htm

Literatura• MAREČEK, Aleš a Jaroslav HONZA. Sbírka řešených příkladů z chemie: Pro studenty středních

škol. první. Brno: Proton, 1998. ISBN 80-9021402-1-6.• ING.KOSINA, Ludvík a Přemysl ING.HRANOŠ. Chemické výpočty a reakce. Úvaly u Prahy: Albra,

1996. ISBN 16 - 61.

Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A

FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.