Come si risolve un problema di stechiometria del gas?

Possiamo usare il leggi sul gas per aiutarci a determinare l'effetto di temperatura, pressione e volume sul numero di moli di un gas.

Il requisito centrale di qualsiasi problema di stechiometria è la conversione di moli di #"A"# in moli di #"B"#.

If #"A" #e / o #"B"# sono solidi o liquidi, usi la massa e la massa molare per ottenere le talpe.

If #"A"# e / o #"B"# sono gas, usi il Legge sui gas ideali per ottenere talpe.

Ecco un diagramma di flusso per aiutarti attraverso il processo.

(Da homepage.usask.ca)

ESEMPIO 1

Quale volume di ossigeno a STP viene prodotto quando 10.0 g di clorato di potassio si decompone per formare cloruro di potassio e ossigeno?

Soluzione

1. Innanzitutto, è necessaria l'equazione chimica bilanciata per la reazione.
2. Quindi si utilizza la massa molare per convertire grammi di clorato di potassio in moli di clorato di potassio.
3. Successivamente, la parte centrale del problema è ottenere il rapporto molare tra clorato di potassio e ossigeno. Questo ti dà le talpe di ossigeno.
4. Infine, si utilizza il volume molare per convertire le talpe in litri.

Vediamo come funziona.

Passo 1. Scrivi l'equazione bilanciata.

#"2KClO"_3 → "2KCl" + "3O"_2#

Passo 2. Calcola le moli di #"KClO"_3#.

#10.0 cancel("g KClO₃") × ("1 mol KClO"_3)/(122.6 cancel("g KClO₃")) = "0.08156 mol KClO"_3#

Passo 3. Calcola le moli di #"O"_2#.

L'equazione equilibrata ci dice che 2 mol #"KClO"_3# dare 3 mol #"O"_2#. Perciò,

#0.08156 cancel("mol KClO₃") × ("3 mol O"_2)/(2 cancel("mol KClO₃")) = "0.1223 mol O"_2#

Passo 4. Converti moli di #"O"_2# a litri di #"O"_2#.

Dal 1997, STP è stata definita come 0 ° C e 100 kPa.

Il volume molare di un gas ideale a STP è 22.711 L.

In STP, utilizziamo la relazione 22.711 L = 1 mol. Perciò

#0.1223 cancel("mol O₂") × ("22.711 L O"_2)/(1 cancel("mol O₂")) = "2.78 L O"_2#

Nota come scriviamo sempre i fattori di conversione in modo che le unità si annullino per fornire le unità desiderate per la risposta.

Se la domanda ti chiede di trovare il volume di gas ad un'altra temperatura o pressione, puoi utilizzare la Legge sul gas ideale,

#PV = nRT#.

Supponiamo che la domanda abbia posto il volume a 1.05 atm e 25 ° C (298 K). Scriveresti

#V = (nRT)/P = (0.122 cancel("mol") × "0.082 06 L·"cancel("atm·K⁻¹mol⁻¹") × 298 cancel("K"))/(1.05 cancel("atm")) = "2.85 L"#

ESEMPIO 2

Quale massa di clorato di potassio è necessaria per produrre 3.00 L di ossigeno a STP?

Soluzione

1. Innanzitutto, è necessaria l'equazione chimica bilanciata per la reazione.
2. Successivamente, si utilizza il volume molare per convertire i litri in moli.
3. La parte centrale del problema è ottenere il rapporto molare tra clorato di potassio e ossigeno. Questo ti dà le talpe di clorato di potassio.
4. Quindi si utilizza la massa molare per convertire le moli di clorato di potassio in grammi di clorato di potassio.

Passo 1. L'equazione bilanciata è

#"2KClO"_3 → "2KCl" + "3O"_2#

Passo 2. Converti litri in STP in moli.

#3.00 cancel("L O₂") × ("1 mol O"_2)/(22.711 cancel("L O₂")) = "0.1321 mol O"_2#

Passo 3. Converti moli di #"O"_2# in moli di #"KClO"_3#.

#0.1321 cancel("mol O₂") × ("2 mol KClO"_3)/(3 cancel("mol O₂")) = "0.088 06 mol KClO"_3#

Passo 4. Calcola le moli di #"KClO"_3#.

#0.08806 cancel("mol KClO₃") × ("122.6 g KClO"_3)/(1 cancel("mol KClO₃")) = "10.8 g KClO"_3#

Se la domanda ti chiede di trovare il volume di gas ad un'altra temperatura o pressione, puoi utilizzare la Legge sul gas ideale, #PV = nRT#.

Supponiamo che la domanda ti abbia dato il volume a 1.05 atm e 25 ° C (298 K). Scriveresti

#n = (PV)/(RT) = (1.05 cancel("atm") × 3.00 cancel("L"))/(0.082 06 cancel("L·atm·K⁻¹")"mol"^-1 × 298 cancel("K")) = "0.129 mol O"_2#

Ora che hai le talpe di #"O"_2#, puoi continuare con i passaggi 3 e 4 sopra.

ESEMPIO 3

Il gas etilene brucia in aria secondo la seguente equazione.

#"C"_2"H"_4"(g)" + "3O"_2"(g)" → "2CO"_2"(g)" + "2H"_2"O(l) "#

Se 13.8 L di #"C"_2"H"_4# a 21 ° C e 1.083 atm brucia completamente in ossigeno, calcolare il volume di #"CO"_2# prodotto, assumendo il #"CO"_2#è misurato a 44 ° C e 0.989 atm.

Soluzione

Questo richiede un po 'più di lavoro, perché devi usare la legge del gas ideale all'inizio e alla fine.

1. Hai già l'equazione chimica bilanciata, quindi il tuo primo compito è usare la Legge del gas ideale per calcolare le moli di #"C"_2"H"_4#.
2. La parte centrale del problema è ottenere il rapporto molare tra #"CO"_2# e #"C"_2"H"_4#. Questo ti dà le talpe di #"CO"_2#.
3. Quindi utilizzare la legge del gas ideale per convertire le moli di #"CO"_2#a litri di #"CO"_2# nelle nuove condizioni.

Vediamo come funziona. L'equazione bilanciata è

#"C"_2"H"_4"(g) "+ "3O"_2"(g)" → "2CO"_2"(g)" + "2H"_2"O(l)"#

Passo 1. Calcola le moli di #"C"_2"H"_4#.

#PV = nRT#

#n = (PV)/(RT) = (1.083 cancel("atm") × 13.80 cancel("L"))/(0.082 06 cancel("L·atm·K⁻¹")"mol"^-1 × 294 cancel("K")) = "0.619 mol C"_2"H"_4#

Passo 2. Calcola le moli di #"CO"_2#

#0.619 cancel("mol C₂H₄") × ("2 mol CO"_2)/(1 cancel("mol C₂H₄")) = "1.24 mol CO"_2#

Passo 3. Calcola il nuovo volume.

#PV = nRT#

#V = (nRT)/P = (1.24 cancel("mol") × "0.082 06 L·"cancel("atm·K⁻¹mol⁻¹") × 317 cancel("K"))/(0.989 cancel("atm")) = "32.6 L"#

Ecco un ottimo video che mostra la relazione tra stechiometria e thr Ideal Gas Law.