Стехиометрические соотношения

Для каждого вещества реакции существуют следующие количества вещества:

- начальное количество i -го вещества (количество вещества до начала реакции);

- конечное количество i -го вещества (количество вещества по окончании реакции);

- количество прореагировавшего (для исходных веществ) или образовавшегося вещества (для продуктов реакции).

Так как количество вещества не может быть отрицательно, то для исходных веществ

 

, так как > .

Для продуктов реакции > , следовательно, .

 

Стехиометрические соотношения – соотношения между количествами, массами или объемами (для газов) реагирующих веществ или продуктов реакции, рассчитанные на основе уравнения реакции. В основе расчетов по уравнениям реакций лежит основной закон стехиометрии: отношение количеств реагирующих или образовавшихся веществ (в молях) равно отношению соответствующих коэффициентов в уравнении реакции (стехиометрических коэффициентов).

 

Пример:

Для реакции алюмотермии, описываемой уравнением:

3Fe₃O₄ + 8Al = 4Al₂O₃ + 9Fe,

количества прореагировавших веществ и продуктов реакции относятся как

 

.

Для расчетов удобнее применять другую формулировку этого закона: отношение количества прореагировавшего или образовавшегося вещества в результате реакции к своему стехиометрическому коэффициенту - есть константа для данной реакции.

В общем случае для реакции вида

а А + b B = c C + d D,

где маленькие буквы обозначают коэффициенты, а большие – химические вещества, количества реагирующих веществ связаны соотношением:

 

.

 

Любые два члена этого соотношения, связанные равенством, образуют пропорцию химической реакции: например, или или и т. д.

Если для реакции известна масса образовавшегося или прореагировавшего вещества реакции, то можно найти его количество по формуле , а затем, используя пропорцию химической реакции, можно найти для остальных веществ реакции. Вещество, по массе или количеству которого находят массы, количества или объемы других участников реакции, иногда называют опорным веществом.

Если даны массы нескольких реагентов, то расчет масс остальных веществ ведут по тому из веществ, которое находится в недостатке, т. е. полностью расходуется в реакции. Количества веществ, которые точно соответствуют уравнению реакции без избытка или недостатка, называют стехиометрическими количествами.

Таким образом, в задачах, связанных со стехиометрическими расчетами, основным действием является нахождение опорного вещества и расчет его количества, которое вступило или образовалось в результате реакции.

 

 

Расчет количества индивидуального твердого
вещества

,

где - количество индивидуального твердого вещества А;

- масса индивидуального твердого вещества А, г;

- молярная масса вещества А, г/моль.

 

Расчет количества природного минерала
или смеси твердых веществ

Пусть дан природный минерал пирит, основной компонент которого FeS₂. Кроме него в состав пирита входят примеси. Содержание основного компонента или примесей указывается в массовых процентах, например, .

 

Если известно содержание основного компонента, то

.

 

Если известно содержание примесей, то

 

,

 

где - количество индивидуального вещества FeS₂, моль;

- масса минерала пирита, г.

Аналогично рассчитывается количество компонента в смеси твердых веществ, если известно его содержание в массовых долях.