化学量論的計算：解決された段階と演習 - 化学 - 2024

化学量論的な計算は、化学反応に関与する元素又は化合物の質量比に基づいて行われるものです。

それらを実行する最初のステップは、対象の化学反応のバランスをとることです。同様に、化学プロセスに関与する化合物の正しい式を知る必要があります。

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化学量論的計算は、次のような一連の法則の適用に基づいています。質量保存の法則。一定の比率または一定の組成の法則; そして最後に、複数の比率の法則。

質量保存の法則は、化学反応では、反応物の質量の合計が生成物の質量の合計に等しいと述べています。化学反応では、総質量は一定のままです。

一定の比率または一定の組成の法則は、任意の純粋な化合物の異なるサンプルが同じ質量比率で同じ要素を持っていると述べています。たとえば、純粋な水は、その水源が何であっても、またその水源がどの大陸（または惑星）であっても同じです。

そして、複数の比率の3番目の法則は、2つの要素AとBが複数の化合物を形成する場合、各化合物における、要素Aの特定の質量と結合する要素Bの質量の割合を示します。 、小さな整数で表すことができます。つまり、A _n B _m nおよびmは整数です。

化学量論的計算とその段階とは何ですか？

これらは、化学反応の研究中に発生する可能性のあるさまざまな問題を解決するために設計された計算です。このためには、化学プロセスとそれらを管理する法律の知識が必要です。

化学量論的計算を使用して、例えば、ある反応物の質量から、別の反応物の未知の質量を得ることが可能である。また、化合物に存在する化学元素の割合組成を知ることができ、それから化合物の実験式を取得できます。

その結果、化合物の経験的または最小限の式の知識は、その分子式の確立を可能にします。

さらに、化学量論的計算により、制限試薬である化学反応、または余剰試薬があるかどうか、およびその質量を知ることができます。

ステージ

ステージは、発生する問題の種類とその複雑さによって異なります。

2つの一般的な状況は次のとおりです。

-2つの要素が反応して化合物を作成し、反応する要素の1つの質量のみが既知である。

-2番目の要素の未知の質量と、反応によって生じた化合物の質量を知りたい。

一般に、これらの演習を解くには、次の段階の順序に従う必要があります。

-化学反応の方程式を確立します。

-方程式のバランスをとります。

-3番目の段階では、元素の原子量と化学量論係数を使用して、反応する元素の質量の比率を取得します。

-次に、定義された比率の法則を使用して、反応する要素の質量と、2番目の要素と反応する割合が分かれば、2番目の要素の質量がわかります。

-最後の5番目の段階では、反応要素の質量がわかっている場合、それらの合計により、反応で生成される化合物の質量を計算できます。この場合、この情報は質量保存の法則に基づいて取得されます。

解決された演習

-演習1

15 gのMgを15 gのSと反応させてMgSを形成した場合、残りの試薬は何ですか？そして、反応で何グラムのMgSが生成されますか？

データ：

-MgおよびS質量= 15 g

-Mgの原子量= 24.3 g / mol。

-Sの原子量= 32.06 g / mol。

ステップ1：反応方程式

Mg + S => MgS（すでにバランス）

ステップ2：MgとSが結合してMgSを生成する比率を確立する

簡単にするために、Mgの原子量は24 g / molに、Sの原子量は32 g / molに丸めることができます。したがって、SとMgを組み合わせる比率は32:24になり、2つの項を8で割ると、比率は4：3に減少します。

相互に、MgとSの組み合わせの比率は3：4（Mg / S）

ステップ3：過剰反応物とその質量の議論と計算

MgとSの質量はどちらも15 gですが、MgとSが反応する比率は3：1でなく、1：1です。この場合、過剰な反応物質は、Sに比べて割合が少ないため、Mgであると推定できます。

この結論は、15 gのSと反応するMgの質量を計算することによってテストできます。

Mgのg = 15 gのS x（3 gのMg）/ mol）/（4 gのS / mol）

Mg 11.25 g

過剰なMgの質量= 15 g-11.25 g

3.75 g。

ステップ4：質量保存の法則に基づいて反応で形成されたMgSの質量

MgSの質量= Mgの質量+ Sの質量

11.25 g + 15 g。

26、25 g

教育目的の演習は、次のように行うことができます。

15 gのMgと反応するSのグラムを計算します。この場合は、4：3の比率を使用します。

Sのg = 15 gのMg x（4 gのS / mol）/（3 gのMg / mol）

20グラム

このケースで提示された状況である場合、15 gのSは15 gのMgと完全に反応するには不十分であり、5 gが不足していることがわかります。これは、両方の反応性元素が同じ質量である場合、過剰な試薬がMgであり、SがMgSの形成における制限試薬であることを確認します。

-演習2

純度97.5％の52 gのNaCl中の塩化ナトリウム（NaCl）と不純物の質量を計算します。

データ：

-サンプル質量：52 gのNaCl

-純粋なパーセンテージ= 97.5％。

ステップ1：NaClの純粋な質量を計算する

NaCl質量= 52 gx 97.5％/ 100％

50.7 g

ステップ2：不純物の質量の計算

不純物％= 100％-97.5％

2.5％

不純物の質量= 52 gx 2.5％/ 100％

1.3グラム

したがって、52 gの塩のうち、50.7 gは純粋なNaCl結晶であり、1.3 gの不純物（他のイオンや有機物など）です。

-演習3

分子量が63 g / molでOの原子量が16 g / molであることを知って、40 gの硝酸（HNO ₃）に含まれる酸素（O）の質量を教えてください。

データ：

-HNO _3の質量= 40 g

-Oの原子量= 16 g / mol。

-HNO _3の分子量

ステップ1：HNOのモル数を計算する

モルHNO ₃ = 40グラムHNOの₃ HNO 1モルxは₃ HNOの/ 63グラムを₃

0.635モル

ステップ2：存在するOのモル数を計算する

HNO ₃の式は、HNO _3の各モルに対して3モルのOがあることを示しています_。

Oのモル= 0.635モルのHNO ₃ X 3モルのO /モルのHNO ₃

1.905モルのO

ステップ3：HNO 40 gに存在するOの質量を計算する

gのO = 1.905モルのO x 16 gのO / Oのモル

30.48 g

言い換えると、40gのHNO _3のうち、30.48gはもっぱら酸素原子のモルの重量によるものです。この酸素の大部分は、オキソアニオンまたはそれらの三級塩（例えば、NaNO ₃）に典型的です。

-演習4

20 gの塩素酸カリウム（KClO ₃）が分解すると、塩化カリウム（KCl）は何グラム生成されますか？KClの分子量は74.6 g / molで、KClO _3の分子量は122.6 g / mol

データ：

-KClO _3の質量= 20 g

-KClの分子量= 74.6 g / mol

-KClO _3の分子量= 122.6 g / mol

ステップ1：反応方程式

2KClO ₃ => 2KCl + 3O ₂

ステップ2：KClOの質量を計算する

KClO _3の g = 2モルx 122.6 g /モル

245.2 g

ステップ3：KClの質量を計算する

KClのg = 2モルx 74.6 g /モル

149.2 g

ステップ4：分解によって生成されたKClの質量を計算する

２４５ｇのＫＣｌＯ_３は、１４９．２ｇのＫＣｌの分解により生成される。次に、この比率（化学量論係数）を使用して、20 gのKClO ₃から生成されるKClの質量を見つけることができます。

KCl 1 g = KClO ₃ 20 g x KCl 149 g / KClO ₃ 245.2 g

12.17 g

KClO ₃内のO _2の質量比がどのようになっているかに注意してください。20gのKClO _3のうち、半分未満はオキソアニオン塩素酸塩の一部である酸素によるものです。

-演習5

次の物質の割合組成を見つけます：a）ドーパ、C ₉ H ₁₁ NO ₄およびb）バニリン、C ₈ H ₈ O ₃。

a）ドーパ

ステップ1：ドーパCの分子量を見つける

これを行うには、化合物に存在する元素の原子量に、最初に下付き文字で表されるモル数を掛けます。分子量を見つけるために、さまざまな要素が寄与するグラムが追加されます。

炭素（C）：12 g / mol x 9 mol = 108 g

水素（H）：1 g / mol x 11 mol = 11 g

窒素（N）：14 g / mol x 1 mol = 14 g

酸素（O）：16 g / mol x 4 mol = 64 g

ドーパ分子量=（108 g + 11 g + 14g + 64 g）

197グラム

ステップ2：dopaに存在する要素の割合構成を見つける

このため、その分子量（197 g）は100％と見なされます。

Cの割合= 108 g / 197g x 100％

54.82％

％H = 11 g / 197g x 100％

5.6％

Nの割合= 14 g / 197 gx 100％

7.10％

％O = 64 g / 197 g

32.48％

b）バニリン

パート1：バニリンCの分子量の計算

これを行うには、各元素の原子量に存在するモル数を掛け、さまざまな元素が寄与する質量を加算します

C：12 g / mol x 8 mol = 96 g

H：1 g / mol x 8 mol = 8 g

または：16 g / mol x 3 mol = 48 g

分子量= 96 g + 8 g + 48 g

152グラム

パート2：バニリンのさまざまな要素の％を見つける

その分子量（152 g / mol）は100％を表すと想定されています。

Cの％= 96 g / 152 gx 100％

63.15％

Hの％= 8 g / 152 gx 100％

5.26％

％O = 48 g / 152 gx 100％

31.58％

-演習6

アルコールの質量による組成は、炭素（C）60％、水素（H）13％、酸素（O）27％です。最小の公式または経験的な公式を取得します。

データ：

原子量：C 12 g / mol、H 1g / molおよび酸素16 g / mol。

ステップ1：アルコールに含まれる元素のモル数を計算する

アルコールの質量は100gを想定しています。したがって、Cの質量は60 g、Hの質量は13 g、酸素の質量は27 gです。

モル数の計算：

モル数=元素の質量/元素の原子量

Cのモル数= 60 g /（12 g / mol）

5モル

Hのモル数= 13 g /（1 g / mol）

13モル

Oのモル数= 27 g /（16 g / mol）

1.69モル

ステップ2：最小または経験式を取得する

これを行うには、モル数の間の整数の比率を見つけます。これは、最小式の要素の原子数を取得するのに役立ちます。この目的のために、異なる元素のモルは、元素のモル数で除算されます。

C = 5モル/1.69モル

C = 2.96

H = 13モル/ 1.69モル

H = 7.69

O = 1.69モル/ 1.69モル

O = 1

これらの図を丸めると、最小の式はC ₃ H ₈ Oになります。この式は、プロパノールの式、CH ₃ CH ₂ CH ₂ OHに対応しています。しかしながら、この式はまた、化合物CH ₃ CH ₂ OCH ₃、エチルメチルエーテルの式でもある。

参考文献

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