Kapitel 3 Stökiometri.

En presentation över ämnet: "Kapitel 3 Stökiometri."— Presentationens avskrift:

1 Kapitel 3 Stökiometri

2 3.8 Kemiska reaktionslikheter 3.9 Balansera reaktionslikheter
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

3 Kemisk stökiometri Stökiometri, (från grekiskans stoicheion, grundämne, och metron, mått), läran om de mängdförhållanden i vilka kemiska ämnen reagerar med varandra Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

4 Kan utföras om den genomsnittliga massan för “partiklarna” är känd.
Man utgår sedan från att dessa är identiska. Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

5 1 amu = 1/12 massan av en atom av kol-isotopen 12C
Atommassor Ett grundämnes atommassa är medelvärdet av de naturligt förekommande isotopernas massor. Alla atommassor graderas på en skala som tillskriver isotopen 12C exakt 12 massenheter (amu = atomic mass unit) Atommassenhet (amu, unified atomic mass unit) är den måttenhet som används för att ange atomers och elementarpartiklars massa. 1 amu = 1/12 massan av en atom av kol-isotopen 12C Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

6 Masspektrometer Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

7 Massan hos olika atomslag (grundämnen)
Grundämnen förekommer i naturen som blandningar av olika tunga isotoper Förekomst Vikt Kol = % 12C 12 amu 1.11% 13C amu <0.01% 14C amu Grundämnet kols atommassa är således i medeltal något över 12 amu: amu Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

8 Antalet kolatomer i 12 gram 12C.
Substansmängd (mol) Antalet kolatomer i 12 gram 12C. Ett styckemått som dussin, gross (12 dussin), tjog, skog (3 tjog) o.s.v. 1 mol = · 1023 st Avogadros tal (NA) =  1023 atomer Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

9 En mol vardera av koppar aluminium jod kvicksilver järn svavel
Ken O'Donoghue Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

10 Jämförelse mellan massorna hos 1 mol av olika grundämnen
Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

11 Atommassan och molmassan
Atommassenheten är kopplad till Avogadros tal (NA) och SI-enheten mol så att en mol av 12C med atom- eller molekyl-massan 12amu väger exakt 12 gram  6.023∙ 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑠∙ 12 𝑎𝑚𝑢 𝑎𝑡𝑜𝑚 =12 𝑔→6.023∙ 𝑎𝑚𝑢= 𝑁 𝑎 .𝑎𝑚𝑢=1𝑔 𝑎𝑙𝑙𝑡𝑠å:𝑎𝑚𝑢=𝑔/𝑚𝑜𝑙! Det betyder at Mw = molmassan kan hittas direkt från periodiska systemet = atommassan Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

12 För ett grundämne är molmassan = atommassa
Ett ämnes molmassa (M) är massan av ett mol av ämnet är atommassan i gram (g/mol) För ett grundämne är molmassan = atommassa Mgrafit = MC = amu = g/mol För en kemisk förening utgår man från formeln MCO2 = MC + 2MO = 12.01g/mol + 216.00 g/mol = g/mol Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

13 Förhållandet mellan massa (m), molmassa (M) och substansmängd (n)
𝑛(𝑚𝑜𝑙)= 𝑚 (𝑔) 𝑀 𝑤 𝑔 𝑚𝑜𝑙 Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

14 Begreppskoll Följande 4 prov innehåller en mol atomer. Vilket är vilket? Al, Fe, Cu och Zn? The correct answer is “a”. Magnesium has the smallest average atomic mass (24.31 amu). Since magnesium is lighter than zinc and silver, it will take more atoms to reach g. Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

15 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

16 Föreningens sammansättning
Vad är en förening? Hur mycket av vad? procentuella sammansättning Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

17 Föreningens sammansättning
En kemisk förening är ett ämne som består av två eller flera grundämnen som är kemiskt bundna till varandra i bestämda massproportioner För molekyler beskriver formeln antalet atomer av varje grundämne i en enstaka molekyl. Det kallas föreningens sammansättning Med hjälp av detta kan vi beräkna molmassan av en förening

18 Föreningens sammansättning
Exempel Beräkna molmassan av CO2

19 Föreningens sammansättning
Exempel Beräkna molmassan av CO2 Lösning: 1 atom CO2 = 1 atom C+2 atomer O → 1mol CO2= 1 mol C + 2 mol O Massa C = 1 mol x 12.01g/mol = g Massa O = 2 mol x 16.00g/mol = g + Massa 1 mol CO g MCO2 = g/mol

20 Föreningens sammansättning
Sammansättning kan också beskrivas på bas av den procentuella massan av ett visst grundämne Beräknas genom att jämföra massan av ett grundämne in 1 mol förening med massan av 1 mol av föreningen Eller: mass% = massan av ett grundämne in 1 mol föreningen • 100% massan av 1mol av föreningen

21 Föreningens sammansättning
Exempel: Vad är procentuella massan av C i metanol? Beräknas genom att jämföra massan av C i 1 mol metanol med massan av 1mol metanol

22 Föreningens sammansättning
Exempel: Vad är procentuella massan av C i metanol? Beräknas genom att jämföra massan av C i 1 mol metanol med massan av 1mol metanol Lösning Metanol = CH3OH 1 mol CH3OH innehåller 1 mol C =12.01g C MCH3OH= MC+4xMH+MO= x = g/mol Alltså 1 mol CH3OH väger g Fraktionen C blir då 12.01g/32.04g x 100% =37.48 %

23 En förenings formel Hur bestämmer formeln?

24 Empirisk formel, molekylformel och strukturformel
Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

25 Molekylformeln visar antal av varje atomslag i en molekyl
Olika slags formler Molekylformeln visar antal av varje atomslag i en molekyl Molekylformel för bensen: C6H6 Den empiriska formeln ger heltals- förhållandet 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

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

27 Övning Bestäm den empiriska formeln och molekylformeln för en förening som har följande procentuella viktssammansättning: Cl: 71.65% C: 24.27% H: 4.07% Mw = g/mol Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

28 En förenings empiriska formel
Utgå från den procentuella sammansättningen 71.65 % Cl, % C och 4.07 % H Antag 100 gram av förening. Lösning 100g förening innehåller 71.65 g Cl, g C och 4.07 g H

29 En förenings empiriska formel
Utgå från den procentuella sammansättningen Antag 100 gram av förening. 71.65 g Cl, g C och 4.07 g H Bestäm antalet mol av varje grundämne i 100 gram av föreningen. 71.65 g Cl = g • 1 mol Cl = mol Cl 35.45 g Cl 24.27 g C = g • 1 mol C = mol C 12.04 g C 4.07 g H = g • 1 mol H = 4.04 mol H 1.008 g H

30 En förenings empiriska formel
Utgå från den procentuella sammansättningen Antag 100 gram av förening. 71.65 g Cl, g C och 4.07 g H Bestäm antalet mol av varje grundämne i 100 gram av föreningen. 2.021 mol Cl, mol C, 4.04 mol H Dividera alla substansmängder med den minsta substansmängden Dividera med ger empiriska formel ClCH2 Molekyl formel är (ClCH2)n

31 En förenings empiriska formel
Utgå från den procentuella sammansättningen Antag 100 gram av förening. 71.65 g Cl, g C och 4.07 g H Bestäm antalet mol av varje grundämne i 100 gram av föreningen. 2.021 mol Cl, mol C, 4.04 mol H Dividera alla substansmängder med den minsta substansmängden Empiriska formeln är (ClCH2)n Multiplicera varje värde med n tills heltal erhålles. M(ClCH2)n = g/mol M(ClCH2)n = n•(MCl+MC+ 2•MH)=n • g/mol→ 98.96 g/mol =n • 49.48g/mol och n= g/mol g/mol =2

32 Sammanfattning Stökiometri= Studiet av kvantiteterna av olika ämnen som förbrukas och produceras i kemiska reaktioner 𝑚=𝑛∙𝑀 Massa% = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑠𝑎𝑛 𝑎𝑣 𝑒𝑡𝑡 𝑔𝑟𝑢𝑛𝑑ä𝑚𝑛𝑒 𝑖 1𝑚𝑜𝑙 𝑓ö𝑟𝑒𝑛𝑖𝑛𝑔 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑛 𝑎𝑣 1 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑣 𝑓ö𝑟𝑒𝑛𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛 ∙100% Empiriska formel av en förening beräknas genom att utgå från den procentuella sammansättningen, antagande att 100 gram av förening finns och beräkning av antalet mol av varje grundämne i 100 gram av föreningen.

33 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 Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

34 Kemiska reaktionslikheter
En reaktionslikhet representerar den kemiska reaktionen med hjälp av en reaktionspil.  reaktanter metan + syrgas CH4(g) + O2(g) produkter koldioxid + vatten CO2(g) + H2O(g) Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

35 Balansera 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  CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

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

37 Exempel: Förbränning av metan
Reaktant: CH4, O2, Produkt: CO2, H2O … CH4 +… O2→… CO2 + … H2O 1C, 4H, 2O 1C, 2H, 3O 1 CH4 +… O2→1 CO2 + 2 H2O 1C, 4H, 2O 1C, 4H, 4O 1 CH4 + 2 O2→1 CO2 + 2 H2O 1 CH4 (g)+ 2 O2(g) → 1 CO2 (g)+ 2 H2O (g) Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

38 Koefficienter ska anges med minsta möjliga heltal.
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

39 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

40 Övning Reaktant: NH3, O2 Produkt: NO, H2O …NH3 + …O2 → …NO + … H2O
Vid 1000 °C reagerar ammoniakgas med syrgas och bildar kväveoxid och vattenånga. Reaktionen är det första steget i kommersiell produktion av salpetersyra. Skriv reaktionslikheten. Reaktant: NH3, O2 Produkt: NO, H2O …NH3 + …O2 → …NO + … H2O 2 NH3 + …O2 → …NO + 3H2O 2 NH3 + …O2 → 2 NO + 3H2O 2 NH3 + 2½O2 → 2 NO + 3H2O|x2 4 NH3 (g) + 5O2 (g)→ 4 NO (g) + 6H2O (g) Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

41 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

42 …C2H5OH(l) + … O2 (g)  … CO2 (g) + … H2O(g)
Förbränning av etanol Hur mycket vatten (g) bildas vid förbränning av 100 g etanol? Reaktant: etanol och syre Produkt: Koldioxid och vatten …C2H5OH(l) + … O2 (g)  … CO2 (g) + … H2O(g) Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

43 C2H5OH(l) + 3O2 (g)  2CO2 (g) + 3H2O (g)
Förbränning av etanol C2H5OH(l) + 3O2 (g)  2CO2 (g) + 3H2O (g) Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

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

45 Hur mycket vatten (g) bildas vid förbränning av 100 g etanol?
C2H5OH(l) O2(g) → 2 CO2(g) H2O(l) Etanol: m = 100 g n = m/M M = 2· · ·16.00 = 46,078 g/mol → n = 100 g / g/mol = mol Molförhållande C2H5OH : H2O = 1 : 3 nH2O = 3 nC2H5OH = 3 · mol = mol Vatten: n = mol m = n · M M = 2 · ·16.00 = g/mol → m = mol · g/mol = g Svar: Det bildas 117 g vatten (OBS akta signifikanta siffror!) Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

46 Beakta följande reaktion: P4(s) + ….O2(g) = …..P2O5(s)
Övning Beakta följande reaktion: P4(s) + ….O2(g) = …..P2O5(s) Om 6.25 g fosfor förbränns (oxideras) enligt reaktionen ovan, hur stor mängd syrgas (g) reagerar den då med? (6.25 g P4)(1 mol P4 / g P4)(5 mol O2 / 1 mol P4)(32.00 g O2 / 1 mol O2) = 8.07 g O2 Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

47 Övning Balansera ekvationen P4(s) + 5O2(g) = 2P2O5(s) mP4 = 6.25 g
MP4 = 4• g/mol MO2 = 2•15,999 g/mol nP = mP • MP = mol nP4 : nO2 = 1:5 nO2 = mol mO2= nO2.MO2 = 8.071g Svar: 8.07g (6.25 g P4)(1 mol P4 / g P4)(5 mol O2 / 1 mol P4)(32.00 g O2 / 1 mol O2) = 8.07 g O2 Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

48 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 Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

49 CH4(g) + H2O(g)  3 H2(g) + CO(g)
Ett exempel CH4(g) + H2O(g)  3 H2(g) + CO(g) Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

50 En blandning av CH4 och H2O som reagerar
Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

51 CH4 och H2O reagerar till H2 och CO
Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

52 Metan är den begränsande reaktanten.
Konklusion Metan är den begränsande reaktanten. Vatten finns kvar i produkt-blandningen efter fullständig reaktion. Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

53 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

54 Stökiometri – reaktioner med en begränsande reaktant
Balansera reaktionslikheten Omvandla från massa till substansmängd (mol). Fastställ vilken reaktant som är begränsande. Utgå från substansmängden av den begränsande reaktanten för att fastställa hur mycket produkt som kan bildas. Omvandla från mol till massa. Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

55 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

56 Övning 2 NH3(g) + 3 CuO (s) → 3 Cu(s) + 6 H2O(g) + N2 (g) n = m/M
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? 2 NH3(g) + 3 CuO (s) → 3 Cu(s) + 6 H2O(g) + N2 (g) n = m/M MNH3 = •1,0079 = g/mol n = 18.1/ = mol MCuO = = g/mol n = 90.4/ = mol MN2 = 2•14.007= g/mol n = ? NH3 : CuO = 2:3 1.59mol CuO skulle behövas för fullständig reaktion→ CuO är begränsande Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

57 Övning 2 NH3(g) + 3 CuO (s) → 3 Cu(s) + 6 H2O(g) + N2 (g)
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? 2 NH3(g) + 3 CuO (s) → 3 Cu(s) + 6 H2O(g) + N2 (g) nCuO = 90.4/ = mol CuO : N2 = 3 : 1 nN2 = 1/3 • nCuO = mol mN2 = g Svar 10.6 g N2 Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

58 Anger hur långt en kemisk reaktion går.
Verkningsgrad Anger hur långt en kemisk reaktion går. Den anger hur mycket produkt som bildas i procent av den möjliga (stökiometriska) mängden Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

59 Om 8g N2 bildas vad är då ”percent yield”
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? Om 8g N2 bildas vad är då ”percent yield” Copyright © Cengage Learning. All rights reserved

60 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? Om 8.0 g N2 bildas vad är då ”percent yield” 8.0 g/10.6g x 100% = 75% Copyright © Cengage Learning. All rights reserved