Как составить стехиометрическое уравнение

Запишите количество атомов, из которых состоит каждое соединение с обеих сторон уравнения. Количество атомов каждого участвующего в реакции элемента можно определить по уравнению химической реакции. Поскольку в ходе химической реакции материя никогда не возникает и не исчезает, уравнение реакции не сбалансировано, если количество (и вид) атомов по разные стороны уравнения не совпадает.

• Не забудьте умножить количество атомов на соответствующие коэффициенты и подстрочные символы, если они есть в уравнении.
• Рассмотрим в качестве примера реакцию H₂SO₄ + Fe —> Fe₂(SO₄)₃ + H₂.
• В данной реакции реагентами (левая часть уравнения) выступают 2 атома водорода H (H₂), 1 атом серы S, 4 атома кислорода O (O₄) и 1 атом железа Fe.
• К продуктам реакции (правая часть уравнения) относятся 2 атома водорода H (H₂), 3 атома серы S (S₃), 12 атомов кислорода O (O₁₂) и 2 атома железа Fe (Fe₂).

Добавьте коэффициент перед элементами, за исключением кислорода и водорода, чтобы сбалансировать обе стороны уравнения. Найдите наименьший общий знаменатель для всех элементов кроме кислорода и водорода (вы сбалансируете их позже), чтобы получить одинаковое число атомов с обеих сторон уравнения.

• Например, в случае железа (Fe) наименьший общий знаменатель для 2 и 1 равен 2. Поставьте 2 перед символом Fe в левой части уравнения, чтобы сбалансировать число атомов железа.
• Для серы (S) наименьший общий знаменатель для 3 и 1 равен 3. Поставьте коэффициент 3 перед H₂SO₄, чтобы сбалансировать количество атомов серы в левой и правой части.
• После этого уравнение примет следующий вид: 3 H₂SO₄ + 2 Fe —> Fe₂(SO₄)₃ + H₂.

Сбалансируйте количество атомов водорода и кислорода. Водород и кислород балансируются в последнюю очередь, поскольку они обычно входят в состав нескольких молекул с обеих сторон уравнения. Не забудьте на данном этапе пересчитать атомы, если вы добавили коэффициенты перед молекулами.

• В нашем примере мы добавили 3 перед H₂SO₄, и теперь у нас 6 атомов водорода слева и только 2 атома водорода в правой части уравнения. В то же время мы имеем 12 атомов кислорода слева и 12 атомов этого элемента справа, то есть кислород сбалансирован.
• Чтобы сбалансировать водород, можно добавить коэффициент 3 перед H₂.
• В результате сбалансированное уравнение выглядит следующим образом: 3 H₂SO₄ + 2 Fe —> Fe₂(SO₄)₃ + 3 H₂.

Пересчитайте количество атомов с обеих сторон уравнения и убедитесь, что оно одинаково. После того как вы сбалансируете уравнение, желательно проверить, все ли правильно. Для этого еще раз сложите атомы каждого элемента по обе стороны уравнения и убедитесь, что их количество слева и справа одинаково.

• Проверим наше уравнение: 3 H₂SO₄ + 2 Fe —> Fe₂(SO₄)₃ + 3 H₂.
• Слева от стрелки стоят 6 H, 3 S, 12 O и 2 Fe.
• По правую сторону от стрелки стоят 2 Fe, 3 S, 12 O и 6 H.
• Таким образом, левая и правая части содержат одинаковое количество атомов каждого элемента, то есть уравнение сбалансировано.

Рассчитайте молярную массу вещества, количество которого дано в граммах. Молярная масса — это масса (в граммах) одного моля химического соединения.^[2]
С ее помощью можно легко перевести граммы в моли и наоборот.^[3]
Чтобы рассчитать молярную массу, необходимо определить, сколько атомов каждого элемента содержится в молекуле данного вещества, и узнать атомную массу этих элементов.

• Определите количество атомов каждого элемента в молекуле вещества. Например, молекула глюкозы имеет вид C₆H₁₂O₆, то есть состоит из 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода.
• Определите атомную массу каждого элемента в граммах на моль (г/моль). Как правило, атомные массы указаны в периодической таблице химических элементов под символами соответствующих элементов в виде десятичного числа. Например, атомные массы входящих в молекулу глюкозы элементов составляют: углерод — 12,0107 г/моль, водород — 1,007 г/моль, кислород — 15,9994 г/моль.
• Умножьте атомную массу каждого элемента на количество атомов в молекуле. Углерод: 12,0107 x 6 = 72,0642 г/моль; водород: 1,007 x 12 = 12,084 г/моль; кислород: 15,9994 x 6 = 95,9964 г/моль.
• Сложите полученные произведения, и вы найдете молярную массу химического соединения: 72,0642 + 12,084 + 95,9964 = 180,1446 г/моль. Таким образом, один моль глюкозы весит 180,14 грамма.

Переведите граммы вещества в моли с помощью молярной массы. Используя молярную массу в качестве коэффициента пересчета, можно найти количество молей, которое соответствует определенной массе вещества в граммах. Поделите известное количество граммов (г) на молярную массу (г/моль).^[4]
[5]
Простой способ проверить правильность вычислений заключается в том, чтобы убедиться, что единицы измерения (граммы) сокращаются и остаются одни моли.

• Например, найдем, сколько молей содержится в 8,2 грамма хлороводорода (HCl).
• Атомная масса H равна 1,007, а Cl — 35,453. Таким образом, молярная масса вещества составляет 1,007 + 35,453 = 36,46 г/моль.
• Поделим количество граммов на молярную массу вещества и получим: 8,2 г / (36,46 г/моль) = 0,225 моля HCl.

Определите молярное соотношение реагентов. Чтобы определить выход продукта реакции, необходимо найти молярное соотношение. Эта величина показывает, в каком соотношении реагенты вступают в реакцию друг с другом, она определяется отношением коэффициентов перед веществами в сбалансированном уравнении реакции.^[6]

• Например, найдем молярное соотношение KClO₃ и O₂ в реакции 2 KClO₃ —> 2 KCl + 3 O₂.
• Сначала проверим, сбалансировано ли уравнение. Никогда не забывайте об этом шаге, иначе получится неправильное соотношение. В данном случае с обеих сторон уравнения содержится равное количество атомов каждого элемента, то есть уравнение реакции сбалансировано.
• Отношение KClO₃ к O₂ составляет 2/3. Если не менять местами рассматриваемые вещества в ходе решения, неважно, какое из двух чисел стоит в числителе, а какое в знаменателе.^[7]
  

Решите пропорцию с молярным соотношением, чтобы найти количество молей второго реагента. Чтобы вычислить число молей продуктов реакции или реагентов, следует использовать молярное соотношение.^[8]
В задачах обычно требуется найти необходимое для реакции количество молей исходного вещества или число молей продукта реакции по известной массе реагента.

• Рассмотрим в качестве примера реакцию N₂ + 3 H₂ —> 2 NH₃ и определим, сколько молей NH₃ получится из 3,00 граммов N₂ и достаточного количества H₂.
• В данном случае достаточное количество H₂ означает, что при решении задачи количество водорода можно не учитывать, так как его хватает для того, чтобы прореагировал весь азот.
• Сначала переведем данное в граммах количество N₂ в моли. Атомная масса азота составляет 14,0067 г/моль, поэтому молярная масса N₂ равна 28,0134 г/моль. Поделим массу на молярную массу и получим 3,00 г/28,0134 г/моль = 0,107 моль.
• Запишем соотношение веществ в уравнении: NH₃: N₂ = x/0,107 моль.
• Приравняем эту дробь к молярному соотношению NH₃ и N₂, которое составляет 2:1. x/0,107 моль = 2/1; (2 x 0,107) = 1x = 0,214 моль.

Переведите моли обратно в граммы, используя молярные массы веществ. В этом случае вновь следует использовать молярную массу, но на этот раз на нее необходимо умножить, чтобы перевести моли обратно в граммы. Используйте молярные массы соответствующих веществ.

• Молярная масса NH₃ равна 17,028 г/моль. Таким образом, получаем: 0,214 моль x (17,028 г/моль) = 3,647 грамма NH₃.

Узнайте, протекает ли реакция при стандартных условиях (температуре и давлении). При стандартных условиях 1 моль идеального газа занимает объем 22,414 литра (л).^[9]
Стандартная температура составляет 273,15 кельвина (K), а стандартное давление равно 1 атмосфере (атм).^[10]

• Обычно подразумевается, что реакция протекает при нормальных условиях, то есть при 1 атм и 273 K.

Используйте множитель 22,414 л/моль, чтобы перевести литры газа в моли. Если реакция протекает при нормальных условиях, количество молей газа можно найти с помощью коэффициента 22,414 л/моль.^[11]
Поделите объем газа в литрах на данный коэффициент, чтобы определить число молей.

• Например, если дано 3,2 литра азота N₂, находим: 3,2 л/22,414 л/моль = 0,143 моль.

Используйте уравнение состояния идеального газа, чтобы перевести литры в моли в том случае, если реакция протекает не при нормальных условиях. Если в условии задачи указано, что реакция протекает не при нормальных условиях, для определения количества молей газа следует использовать уравнение состояния идеального газа PV = nRT,^[12]
где P — давление в атмосферах, V — объем в литрах, n — количество молей, Т — температура в кельвинах, R — универсальная газовая постоянная, равная 0,0821 л-атм/моль-градус.^[13]

• Данное уравнение можно переписать так, чтобы выразить количество молей через остальные величины: n = RT/PV.
• Единицы измерения универсальной газовой постоянной сокращаются с единицами измерения других величин, в результате остаются моли.
• Например, найдем, сколько молей содержится в 2,4 литрах O₂ при 300 К и 1,5 атм. Подставляя данные значения в формулу, получаем: n = (0,0821 x 300)/(1,5 x 2,4) = 24,63/3,6 = 6,842 моля O₂.

Вычислите плотность жидкости. Иногда в химических уравнениях указан объем жидкого реагента и требуется найти необходимое для реакции количество граммов или молей. Чтобы перевести объем в граммы, необходимо знать плотность жидкости. Плотность равна массе, поделенной на объем.^[14]

• Если в условии задачи не указана плотность, ее можно найти в справочниках или интернете.

Переведите объем в миллилитры (мл). Чтобы перевести объем жидкости в массу (г), необходимо знать плотность жидкости. Плотность выражается в граммах на миллилитр (г/мл), поэтому объем жидкости следует перевести в миллилитры.

• Определите данный объем. Предположим, в условии задачи сказано, что имеется 1 литр H₂O. Чтобы перевести объем в миллилитры, просто умножьте эту величину на 1000. В одном литре содержится 1000 миллилитров.

Умножьте объем на плотность. При умножении объема (мл) на плотность (г/мл) жидкости миллилитры сократятся, и останутся граммы вещества.^[15]

• Например, плотность H₂O составляет около 1,0 г/мл.^[16]
  

Вычислите молярную массу реагента. Молярная масса показывает, сколько граммов (г) весит один моль вещества. Она позволяет легко перевести граммы в моли и обратно. Чтобы найти молярную массу, необходимо определить, сколько молекул того или иного элемента содержится в соединении, а также атомную массу каждого элемента.

• Определите количество атомов каждого элемента в соединении. Например, молекула глюкозы имеет вид C₆H₁₂O₆, то есть содержит 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода.
• Определите атомную массу каждого элемента в граммах на моль (г/моль). Входящие в молекулу глюкозы элементы имеют следующие атомные массы: углерод — 12,0107 г/моль, водород — 1,007 г/моль, кислород — 15,9994 г/моль.
• Умножьте атомную массу каждого элемента на число атомов этого элемента в молекуле. Углерод: 12,0107 x 6 = 72,0642 г/моль; водород: 1,007 x 12 = 12,084 г/моль; кислород: 15,9994 x 6 = 95,9964 г/моль.
• Сложите полученные значения, чтобы найти молярную массу соединения: 72,0642 + 12,084 + 95,9964 = 180,1446 г/моль. Таким образом, один моль глюкозы весит 180,14 грамма.

Переведите граммы вещества в моли с помощью молярной массы. Используя молярную массу в качестве коэффициента пересчета, по известной массе вещества в граммах можно найти количество молей. Просто поделите количество граммов (г) на молярную массу (г/моль).^[17]
[18]
Чтобы проверить, все ли правильно, убедитесь, что граммы сокращаются и остаются одни моли.

• Например, найдем, сколько молей содержится в 8,2 грамма хлороводорода (HCl).
• Атомная масса H равна 1,007, а атомная масса Cl составляет 35,453. Отсюда находим молярную массу соединения: 1,007 + 35,453 = 36,46 г/моль.
• Поделим количество граммов вещества на его молярную массу и получим число молей: 8,2 г / (36,46 г/моль) = 0,225 моля HCl.