Wie löst man ein Problem der Gasgesetzestöchiometrie?

Wir können das benutzen Gasgesetze um uns zu helfen, die Auswirkung von Temperatur, Druck und Volumen auf die Anzahl der Mol eines Gases zu bestimmen.

Die zentrale Anforderung für jedes Stöchiometrieproblem ist die Umrechnung von Mol #"A"# zu Maulwürfen von #"B"#.

If #"A" #und / oder #"B"# Sind Feststoffe oder Flüssigkeiten, verwendet man die Masse und Molmasse, um Mol zu erhalten.

If #"A"# und / oder #"B"# Sind Gase, verwenden Sie die Ideales Gasgesetz Muttermale bekommen.

Hier ist ein Flussdiagramm, das Sie durch den Prozess führt.

(Von homepage.usask.ca)

BEISPIEL 1

Welches Sauerstoffvolumen bei STP entsteht, wenn sich 10.0 g Kaliumchlorat zu Kaliumchlorid und Sauerstoff zersetzt?

Lösung

1. Zunächst benötigen Sie die ausgewogene chemische Gleichung für die Reaktion.
2. Sie verwenden dann die Molmasse, um Gramm Kaliumchlorat in Mol Kaliumchlorat umzuwandeln.
3. Als nächstes besteht der zentrale Teil des Problems darin, das Molverhältnis zwischen Kaliumchlorat und Sauerstoff zu ermitteln. Dies gibt Ihnen die Mol Sauerstoff.
4. Schließlich verwenden Sie das Molvolumen, um Mol in Liter umzurechnen.

Mal sehen, wie das funktioniert.

Schritt 1. Schreiben Sie die ausgeglichene Gleichung.

#"2KClO"_3 → "2KCl" + "3O"_2#

Schritt 2. Berechnen Sie die Maulwürfe von #"KClO"_3#.

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

Schritt 3. Berechnen Sie die Maulwürfe von #"O"_2#.

Die ausgeglichene Gleichung besagt, dass 2 mol #"KClO"_3# geben Sie 3 mol #"O"_2#. Deshalb

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

Schritt 4. Konvertieren Sie Mol von #"O"_2# zu Litern von #"O"_2#.

STP wird seit 1997 als 0 ° C und 100 kPa definiert.

Das Molvolumen eines idealen Gases bei STP ist 22.711 L.

Bei STP verwenden wir die Beziehung 22.711 L = 1 mol. Deshalb

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

Beachten Sie, dass wir die Umrechnungsfaktoren immer so schreiben, dass die Einheiten stornieren, um die gewünschten Einheiten für die Antwort anzugeben.

Wenn die Frage Sie auffordert, das Gasvolumen bei einer anderen Temperatur oder einem anderen Druck zu ermitteln, können Sie das ideale Gasgesetz anwenden.

#PV = nRT#.

Angenommen, die Frage hätte nach dem Volumen bei 1.05 atm und 25 ° C (298 K) gefragt. Du würdest schreiben

#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"#

BEISPIEL 2

Welche Masse Kaliumchlorat wird benötigt, um bei STP 3.00 L Sauerstoff zu produzieren?

Lösung

1. Zunächst benötigen Sie die ausgewogene chemische Gleichung für die Reaktion.
2. Als nächstes verwenden Sie das Molvolumen, um Liter in Mol umzurechnen.
3. Der zentrale Teil des Problems besteht darin, das Molverhältnis zwischen Kaliumchlorat und Sauerstoff zu ermitteln. Dies gibt Ihnen die Mol Kaliumchlorat.
4. Sie verwenden dann die Molmasse, um Mol Kaliumchlorat in Gramm Kaliumchlorat umzuwandeln.

Schritt 1. Die ausgeglichene Gleichung lautet

#"2KClO"_3 → "2KCl" + "3O"_2#

Schritt 2. Konvertieren Sie Liter bei STP in Mol.

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

Schritt 3. Konvertieren Sie Mol von #"O"_2# zu Maulwürfen von #"KClO"_3#.

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

Schritt 4. Berechnen Sie die Maulwürfe von #"KClO"_3#.

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

Wenn die Frage Sie auffordert, das Gasvolumen bei einer anderen Temperatur oder einem anderen Druck zu ermitteln, können Sie das ideale Gasgesetz anwenden. #PV = nRT#.

Angenommen, die Frage gibt das Volumen bei 1.05 atm und 25 ° C (298 K) an. Du würdest schreiben

#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#

Jetzt haben Sie die Maulwürfe von #"O"_2#können Sie mit den obigen Schritten 3 und 4 fortfahren.

BEISPIEL 3

Ethylengas verbrennt in Luft gemäß der folgenden Gleichung.

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

Wenn 13.8 L von #"C"_2"H"_4# Bei 21 ° C und 1.083 atm brennt vollständig in Sauerstoff, berechnen Sie das Volumen von #"CO"_2# produziert, unter der Annahme der #"CO"_2#wird bei 44 ° C und 0.989 atm gemessen.

Lösung

Dies erfordert etwas mehr Arbeit, da Sie am Anfang und am Ende das ideale Gasgesetz anwenden müssen.

1. Sie haben bereits die ausgeglichene chemische Gleichung, daher besteht Ihre erste Aufgabe darin, das ideale Gasgesetz zur Berechnung der Molzahl von zu verwenden #"C"_2"H"_4#.
2. Der zentrale Teil des Problems besteht darin, das Molverhältnis zwischen #"CO"_2# und #"C"_2"H"_4#. Dies gibt Ihnen die Maulwürfe von #"CO"_2#.
3. Sie verwenden dann das ideale Gasgesetz, um Mol umzurechnen #"CO"_2#zu Litern von #"CO"_2# unter den neuen Bedingungen.

Mal sehen, wie das funktioniert. Die ausgeglichene Gleichung lautet

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

Schritt 1. Berechnen Sie die Maulwürfe von #"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#

Schritt 2. Berechnen Sie die Maulwürfe von #"CO"_2#

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

Schritt 3. Berechnen Sie das neue Volumen.

#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"#

Hier ist ein großartiges Video, das die Beziehung zwischen Stöchiometrie und dem idealen Gasgesetz zeigt.