Równania stechiometryczne

Wielu z Was już sama nazwa: równania stechiometryczne, przeraża tak bardzo, że na samą myśl o próbie ich rozwiązania dostajecie gęsiej skórki. Ja postaram się przekonać Was, że nie taki diabeł straszny, jak go malują. Zaczynamy !!!

Zacznijmy od prostego przykładu Równanie: NaOH + H2SO4  Na2SO4 + H2O Kluczem do rozwiązania każdego równania jest następująca reguła: Ale co to oznacza w praktyce? Liczba atomów pierwiastka X po prawej stronie równania jest taka sama jak liczba atomów pierwiastka X po stronie lewej.

Skorzystajmy ze znanego już nam równania: NaOH + H2SO4  Na2SO4 + H2O Z poznanej przed chwilą reguły wynika, że: Liczba atomów sodu (Na) po prawej i po lewej stronie równania musi być taka sama Liczba atomów tlenu (O) po prawej i po lewej stronie równania musi być taka sama Liczba atomów wodoru (H) po prawej i po lewej stronie równania musi być taka sama Liczba atomów siarki (S) po prawej i po lewej stronie równania musi być taka sama Zauważmy, że powyższa reguła musi być spełniona przez wszystkie atomy biorące udział w reakcji!

Bardziej obrazowo Wyobraźmy sobie taką sytuację: Kupiliśmy mieszankę kolorowych cukierków. Część dzielimy pomiędzy siebie i nasze rodzeństwo, a resztę chowamy na później. Dzielimy w następujący sposób: 1 czerwony cukierek dla nas, jeden dla rodzeństwa, 1 zielony dla nas jeden dla rodzeństwa itd. Ja prawa lewa = prawa lewa Moje rodzeństwo

Po pewnym czasie stwierdzamy, że zbyt mało zostawiliśmy sobie w zapasie, więc zabieramy kilka cukierków. Jeden nasz niebieski cukierek, jeden rodzeństwa, jeden nasz żółty jeden rodzeństwa, jeden nasz czerwony, jeden rodzeństwa. Zauważmy, że za każdym razem dzieliliśmy tak, żeby liczba naszych czerwonych/zielonych/żółtych/niebieskich cukierków była równa liczbie czerwonych/zielonych/żółtych/niebieskich cukierków naszego rodzeństwa. prawa Ja lewa = prawa lewa Moje rodzeństwo

Małe porównanie NaOH + H2SO4  Na2SO4 + H2O Jeśli każdy z atomów znanego nam równania potraktujemy jako kolorowe kółeczko to bez problemu zauważymy, że: lewa ≠ prawa. NaOH + H2SO4  Na2SO4 + H2O lewa ≠ prawa

Rozwiązanie krok po kroku NaOH + H2SO4  Na2SO4 + H2O 1. Rozpisujemy jakie i ile atomów znajduje się po każdej stronie równania. 2. Patrzymy liczba których atomów jest inna po prawej i lewej stronie równania  sodu oraz wodoru Lewa: 1 atom Na 5 atomów O 3 atomy H 1 atom S Prawa: 2 atomy Na 5 atomów O 2 atomy H 1 atom S

Rozwiązanie krok po kroku NaOH + H2SO4  Na2SO4 + H2O 3. Uzgadnianie stron rozpoczynamy od pierwiastków innych niż wodór i tlen  w naszym przypadku jest to sód. Skoro po prawej stronie mamy 2 Na, a po lewej tylko 1, to przed NaOH dopisujemy 2. W efekcie po lewej stronie równania zmienia się nam także liczba atomów tlenu i wodoru: 2 Lewa: 1 atom Na 5 atomów O 3 atomy H 1 atom S Lewa: 2 atomy Na 6 atomów O 4 atomy H 1 atom S Prawa: 2 atomy Na 5 atomów O 2 atomy H 1 atom S

Rozwiązanie krok po kroku 2NaOH + H2SO4  Na2SO4 + H2O 4. Uzgadniamy tleny. Po prawej mamy 5 atomów tlenu, po lewej 6, z czego wynika, że gdzieś po prawej stronie równania musimy dopisać 2. Pytanie brzmi gdzie? Postawienie 2 przed Na2SO4 nie miałoby żadnego sensu, ponieważ zniszczylibyśmy przed chwileczką uzgodnioną liczbę atomów sodu. Z czego wynika, że 2 musimy postawić przed H2O i tak właśnie robimy. 2 Lewa: 2 atomy Na 6 atomów O 4 atomy H 1 atom S Prawa: 2 atomy Na 5 atomów O 2 atomy H 1 atom S

Rozwiązanie krok po kroku 2NaOH + H2SO4  Na2SO4 + 2H2O Postawienie 2 przed cząsteczką H2O powoduje, że po prawej stronie równania zmienia się także liczba atomów wodoru: 5. Uzgadniamy wodory  w tym przypadku po uzgodnieniu liczby atomów tlenu automatycznie uzupełniliśmy także liczbę atomów wodoru. W EFEKCIE LEWA = PRAWA Lewa: 2 atomy Na 6 atomów O 4 atomy H 1 atom S Prawa: 2 atomy Na 5 atomów O 2 atomy H 1 atom S Prawa: 2 atomy Na 6 atomów O 4 atomy H 1 atom S

6. Sprawdzenie 2NaOH + H2SO4  Na2SO4 + 2H2O W ten prosty sposób rozwiązaliśmy pierwsze równanie stechiometryczne  2NaOH + H2SO4  Na2SO4 + 2H2O Prawa: 2 atomy Na 6 atomów O 4 atomy H 1 atom S Lewa: 2 atomy Na 6 atomów O 4 atomy H 1 atom S lewa = prawa

2Na+ + 2OH- +2H+ + SO42-  2Na+ + SO42- + 2H2O Z zakamarków pamięci I 2NaOH + H2SO4  Na2SO4 + 2H2O Zarówno wodorotlenek sodu, kwas siarkowy (VI), jak i siarczan (VI) sodu są silnymi elektrolitami, a więc w roztworach wodnych występują w postaci zjonizowanej. Dlatego chcąc być bardziej zgodni z rzeczywistością rekcję tę powinniśmy zapisać w sposób następujący: 2Na+ + 2OH- +2H+ + SO42-  2Na+ + SO42- + 2H2O Co w formie uproszczonej daje: 2OH- + 2H+  2H2O A więc rozpatrywana przez nas reakcja, to reakcja zobojętnienia.

Z zakamarków pamięci II Praktyczny sens współczynników stechiometrycznych: 2NaOH + H2SO4  Na2SO4 + 2H2O Opis: 2 cząsteczki NaOH reagują z jedną cząsteczką H2SO4, w wyniku czego (po pełnym przereagowaniu) powstają: 1 cząsteczka Na2SO4 i 2 cząsteczki H2O Czyli: Aby powstał 1 mol siarczanu (VI) sodu niezbędne są 2 mole wodorotlenku sodu oraz 1 mol kwasu siarkowego (VI)

Z zakamarków pamięci III Liczba i rodzaj atomów: Na2CO3  2 at. Na, 1 at. C, 3 at. O 2Na2CO3 (2·2) 4 at. Na, 2 at. C, (2·3) 6 at. O Mg(NO3)2  1 at. Mg, 2 at. N, (3·2) 6 at. O 2Mg(NO3)2  2 at. Mg, (2·2) 4 at. N, (2·3·2) 12 at. O Sprawdź się: 3KCl …?… Cu(NO2)2 …?… Fe2(SO4)3 …?… 2Fe2(SO4)3 …?… Odpowiedzi na następnym slajdzie

Odpowiedzi 3KCl  3 at. K, 3 at. Cl Cu(NO2)2  1 at. Cu, 2 at. N, (2·2) 4 at. O Fe2(SO4)3  2 at. Fe, 3 at. S, (4·3) 12 at. O 2Fe2(SO4)3  (2·2) 4 at. Fe, (2·3) 6 at. S, (2·4·3) 24 at. O

Schemat działania Zanim przystąpimy do rozwiązywania kolejnych równań przypomnijmy sobie schemat działania: 1. Rozpisujemy jakie i ile atomów znajduje się po każdej stronie równania. 2. Patrzymy liczba których atomów jest inna po prawej i lewej stronie równania. 3. Uzgadnianie stron rozpoczynamy od pierwiastków innych niż wodór i tlen. 4. Uzgadniamy liczbę at. tlenu. 5. Uzgadniamy liczbę at. wodoru. 6. Sprawdzamy czy lewa rzeczywiście równa się prawej. Pamiętaj o regule lewa = prawa !

Ćwiczymy I Mg + HCl  MgCl2 + H2 lewa = prawa 1. Lewa: 1 at. Mg, 1 at. H, 1 at. Cl Prawa: 1 at. Mg, 2 at. H, 2 at. Cl 2. Różna liczba at. Cl oraz H 3. Uzupełniamy Cl po lewej stronie równania: Mg + 2HCl  MgCl2 + H2 4. – 5. Uzupełniając liczbę at. Cl automatycznie uzgodniliśmy liczbę at. H 6. Lewa: 1 at. Mg, 2 at. H, 2 at. Cl Prawa: 1 at. Mg, 2 at. Cl, 2 at. H lewa = prawa

Ćwiczymy II lewa = prawa AlBr3 + Na  NaBr + Al 1. Lewa: 1 at. Al, 3 at. Br, 1 at. Na Prawa: 1 at. Al, 1 at. Br, 1 at. Na 2. Różna liczba at. Br 3. Uzupełniamy Br po prawej stronie równania: AlBr3 + Na  3NaBr + Al W efekcie zmianie uległa także liczba at. Na po prawej stronie równania, dlatego kolejnym krokiem jest uzgodnienie liczby at. Na  dopisujemy 3 przed Na po lewej stronie równania. AlBr3 + 3Na  3NaBr + Al 4. – 5. – 6. Lewa: 1 at. Mg, 2 at. H, 2 at. Cl Prawa: 1 at. Mg, 2 at. Cl, 2 at. H lewa = prawa

Ćwiczymy *III N2O + NH3  N2 + H2O 1. Lewa: 3 at. N, 1 at. O, 3 at. H Prawa: 2 at. N, 1 at. O, 2 at. H 2. Różna liczba at. N, O oraz H 3. Uzgadniamy liczbę at. N Pojawia się pytanie co zrobić w takiej sytuacji, najprostszym rozwiązaniem jest podwojenia liczby at. N po prawej stronie równania (czyli po tej, po której at. N występuje tylko w jednej cząsteczce). W wyniku takiej operacji otrzymujemy: N2O + NH3  2N2 + H2O Ale…

Ćwiczymy *III Jak się okazuje takie postępowanie nie zawsze przynosi pożądany efekt i tak też jest w tym przypadku (choć moglibyśmy zbilansować liczbę at. N, nie udałby się bilans at. O – przy założeniu, że jako współczynniki stechiometryczne przyjmujemy tylko liczby całkowite) W takim przypadku liczbę at. N po prawej stronie równania mnożymy przez kolejną cyfrę (zwykle kolejną parzystą) – my pomnożymy razy 4: N2O + NH3  4N2 + H2O Otrzymujemy 8 at. N po prawej i 3 at. N po lewej stronie równania. Kolejny krok jest dość intuicyjny, musimy się w nim zdecydować jakie współczynniki stechiometryczne postawić przed N2O i NH3. Pomoże nam w tym piąty krok procedury – uzgodnienie liczby at. H. Po prawej stronie równania mamy 2 at. H, po lewej 3  najmniejsza wspólna wielokrotność tych cyfr to 6, dlatego przed NH3 stawiamy 2, a przed H2O 3.

8 – bo 8 at. N po prawej stronie (8-2):2 = 3 8 – bo 8 at. N po prawej stronie -2 – bo 2NH3 :2 – bo N2O Ćwiczymy *III N2O + 2NH3  4N2 + 3H2O W ten sposób pośrednio rozwiązaliśmy problem uzgodnienia liczny at. N po lewej stronie równania: (8-2):2 = 3, a więc 3 cząsteczki N2O. 3N2O + 2NH3  4N2 + 3H2O 4. Po uzgodnieniu liczby at. N liczba at. O zbilansowała się w sposób automatyczny. 5. Liczbę at. H uzgodniliśmy jako krok pomocniczy w bilansowaniu at. N. 6. Lewa: 8 at. N, 6 at. H, 3 at. O Prawa: 8 at. N, 6 at. H, 3 at. O Zadanie to stanie się o wiele prostsze, gdy nauczymy się bilansowania równań reakcji redoks lewa = prawa

Sprawdź się Znajdź współczynniki stechiometryczne podanych reakcji: Mg + O2  MgO Al + Br2  AlBr3 AgNO3 + CaCl2  AgCl↓ + Ca(NO3)2 Ca(OH)2+ HNO3  Ca(NO3)2 + H2O N2 + O2  N2O3 Odpowiedzi na następnym slajdzie

Odpowiedzi 2Mg + O2  2MgO 2Al + 3Br2  2AlBr3 2AgNO3 + CaCl2  2AgCl↓ + Ca(NO3)2 Ca(OH)2+ 2HNO3  Ca(NO3)2 + 2H2O 2N2 + 3O2  2N2O3

Słowniczek stosowanych pojęć Współczynnik stechiometryczny – najogólniej mówiąc jest to liczba, która stoi przed każdym z reagentów (jeśli przed symbolem zw. nie ma żadnej liczby to znaczy, że jest tam 1) biorącym udział w reakcji chemicznej. Reakcja chemiczna – to taka przemiana, w wyniku której powstaje nowa substancja, o właściwościach innych niż właściwości tworzących ją substratów. Elektrolit – to taka substancja, której roztwór wodny jest zdolny do przewodzenia prądu, a więc taka, która ulega dysocjacji. Reakcja zobojętnienia – to reakcja pomiędzy kwasem, a zasadą (dokładniej pomiędzy jonem wodorowym H+ kwasu, a jonem wodorotlenkowym OH- zasady), w wyniku której powstaje obojętna cząsteczka wody.

Bilansowaniu równań reakcji redoks Kolejna prezentacja poświęcona będzie: Bilansowaniu równań reakcji redoks Serdecznie zapraszam