Beskrivning av kemiska reaktioner med kvantitativa mått:

En presentation över ämnet: "Beskrivning av kemiska reaktioner med kvantitativa mått:"— Presentationens avskrift:

1 Beskrivning av kemiska reaktioner med kvantitativa mått:
massa, molmassa och substansmängd Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

2 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Massan av en väteatom En väteatom består av en elektron och en proton. En elektron väger 9,11 ∙ kg En proton väger 1,67 ∙ kg En väteatom väger alltså 1, ∙ kg dvs. ungefär 1,67 ∙ kg. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

3 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Massan av en väteatom 1,67 ∙ kg. Det är ett onödigt krångligt sätt att skriva väteatomens massa. Med den universella massenheten 1u blir det lättare. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

4 Den universella massenheten
Den universella massenheten 1 u 1 u = 1,66 ∙ kg eller 1 u = 1,66 ∙ g Massan av den lättaste väteatomen, 1H, är m = 1,01 u eller ungefär 1 u. Kolatomen 12C har massan 12,0 u. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

5 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Atommassan del 1 Varje grundämne har en karaktäristisk atommassa. Atommassan är medelvärdet av massorna för atomerna i den naturliga isotopblandningen. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

6 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Atommassa del 2 Exempel: 98,93 % av alla kolatomer i naturen är kol-12-atomer och 1,07 % är kol-13-atomer. Kolatomer har alltså atommassan 12,00111 u Uträkning: 0,9893 ∙ 12 u + 0,0107 ∙ 13 u = 12,00111 u Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

7 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Formelmassan Formelmassan för ett ämne är summan av atommassorna i ämnets formel. Exempel: Vatten, med formeln H2O, har formelmassan 18,02 u. Uträkning: 2 ∙ 1,01 u + 1∙ 16,00 u = 18,02 U Begreppet formelmassa används för grundämnen, jonföreningar och molekylföreningar. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

8 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Substansmängden del 1 Ämnen kallas även substanser. Substansmängden är mängden av en viss substans. Kemister har enats om att anger substansmängden i enheten 1 mol. 1 mol av en substans är 6,022 ∙ 1023 partiklar av substansen. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

9 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Substansmängden del 2 1 mol 1 mol vatten är 6,022 ∙ 1023 vattenmolekyler eller vattenmolekyler eller ungefär sexhundratriljarder vattenmolekyler. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

10 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Substansmängden del 3 Hur mycket väger 1 mol väteatomer? Lösningsväg: Massan av en väteatom är 1,01 u. 1 u = 1,66 ∙ kg 1 mol = 6,022 ∙ 1023 Beräkning: 1,66 ∙ g ∙ 6,022 ∙ = 1,00567 g Svar: 1 mol väteatomer väger 1,01 g. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

11 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Substansmängden del 4 1 mol väteatomer väger alltså 1,01 g Massan av en väteatom är 1,01 u. Slutsats: Massan i gram och massan i u har samma mätetal! Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

12 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Molmassan Molmassan är ämnets massa per substansmängden 1 mol av ämnet. 𝑚𝑜𝑙𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎= 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 1 𝑚𝑜𝑙 Enheten: 1 𝑔 𝑚𝑜𝑙 eller 1𝑔∙ 𝑚𝑜𝑙 −1 Exempel: magnesium har molmassan 24,3 g/mol (Talet 24,3 hittar du i periodiska systemet. Magnesium har atommassan 24,3 u. ) kol har molmassan 12,0 g/mol. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

13 Massor och reaktionsformler del 1
1mol kol har massan 12,0 g 1mol syre, O2, har massan 32,0 g 1mol koldioxid, CO2, har massan 44,0 g/mol Med dessa värden kan vi tolka reaktionsformeln 1 C(s) + 1 O2(g) → 1 CO2(g) Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

14 Massor och reaktionsformler del 2
1 C(s) + 1 O2(g) → 1 CO2(g) Tolkning på partikelnivå – enstaka partiklar: 1 kolatom + 1 syremolekyl  1 koldioxidmolekyl Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

15 Massor och reaktionsformler del 3
1 C(s) + 1 O2(g) → 1 CO2(g) Tolkning på partikelnivå – många partiklar: 1 mol kolatomer + 1 mol syremolekyler  1 mol koldioxidmolekyler Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

16 Massor och reaktionsformler del 4
Tolkning med molmassor: C(s) + O2(g) → CO2(g) Tolkning: 12 g C + 32,0 g O2 → 44,0 g CO2. dvs. 12 g kol reagerar med 32,0 g syre till 44,0 g koldioxid. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

17 Tolkningar av reaktionsformler
Reaktionsformel: 1 C(s) + 1 O2(g) → 1 CO2(g) Tolkningar: 1 mol C + 1 mol O2 → 1 mol CO2 12,0 g C + 32,0 g O2 → 44,0 g CO2 ”När vi vet i vilket substansmängdförhållande ämnena reagerar kan vi beräkna i vilket massförhållande ämnena reagerar…” Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

18 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Formler 1 massa = substansmängd ∙ molmassa beteckning 𝒎 = 𝒏 ∙ 𝑴 enhet 1 g 1 mol 1 g / mol eller 1 g ∙ mol-1 formel 𝒎=𝒏∙𝑴 𝒏= 𝒎 𝑴 𝑴= 𝒎 𝒏 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

19 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Formler 2 m massa i g M molmassa i g/mol n substansmängd i mol m n M Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

20 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Räkneexpempel 1 Hur stor massa har 0,20 mol magnesium? Vi vet: n = 0,20 mol givet i uppgiften M = 24,3 g/mol hämtas ur tabell Beräkning: m = 0,20 mol · 24,3 g/mol = 4,86 g Svar: Massan är 4,9 g Kommentar: Antalet värdesiffror i det givna värdet är 2. Då bör man använda minst 2 värdesiffror för molmassan, som hämtas ur tabell. Svaret får innehålla 2 värdesiffror. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

21 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Räkneexpempel 2 Vilken substansmängd är 2,30 g natrium? Vi vet: m = 2,30 g givet i uppgiften M = 23,0 g/mol hämtas ur tabell Beräkning: n =2,30 g / (23,0 g/mol )= 0,100 mol Svar: Substansmängden är 0,100 mol Kommentar: Antalet värdesiffror i det givna värdet är 3. Då bör man använda minst 3 värdesiffror för molmassan, som hämtas ur tabell. Svaret får innehålla 3 värdesiffror. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

22 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Räkneexpempel 3 Substansmängden av ett grundämne är 0,15 mol och massan är 6,0 g. Ämnet är vid rumstemperatur i fast form. Vilket är grundämnet? Vi vet: n = 0,15 mol givet i uppgiften m = 6,0 g givet i uppgiften M = 6,0 g / (0,15 mol) = 40 g/mol Svar: Molmassan är 40 g/mol. Grundämnet är kalcium. Fråga: Varför var upplysningen om att ämnet har fast form vid rumstemperatur nödvändig? (Svaret framgår av periodiska systemet. Annars finns två ämnen att välja mellan.) Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

23 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Räkneexpempel 4 Beräkna substansmängden i 36,0 g vatten, H2O. Vi vet: m = 36,0 g givet i uppgiften M = 2 · 1,01 g/mol + 16,0 g/mol = 18,02 g/mol värdena hämtas ur tabell Beräkning: n = 36,0 g / 18,02 g/mol = 1,998 mol Svar: Substansmängden vatten är 2,00 mol. Kommentar: Molmassan för vatten är summan av molmassorna för de ämnen som ingår i molekylen. 1 mol H2O innehåller 2 mol väteatomer och 1 mol syreatomer. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

24 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Räkneexpempel 5a Vilken är substansmängden väteatomer i 0,25 g metan, CH4? Vi vet: m = 0,25 g givet i uppgiften M = 12,0 g/mol + 4 · 1,01 g/mol = 16,04 g/mol värdena hämtas ur tabell Beräkning: n(CH4) = 0,25 g / 16,04 g/mol = 0, mol Substansmängdförhållande: 1 mol metan ↔ 4 mol väteatomer n(H) = 4 ·  mol = 0,0625 mol Svar: Substansmängden väteatomer är 0,063 mol. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter

25 Kemi 1 / Stökiometri / Storheter
Räkneexpempel 5b Kommentar: n(CH4) utläses ”substansmängden metan” och n(H) ”substansmängden väteatomer”. ”1 mol metan ↔ 4 mol väteatomer” utläses 1 mol metan ”svarar mot” 4 mol väteatomer Beräkningen av n(CH4) leder lätt till ett avrundningsfel. Om man avrundar ett värde under beräkningarnas gång, händer det att svaret avviker från det korrekta. Därför har värdet under beräkningen stått kvar i miniräknaren. Kemi 1 / Stökiometri / Storheter