Bilansowanie równań i stechiometria

Bilansuj równania chemiczne eliminacją Gaussa, oblicz ilości stechiometryczne, znajdź odczynniki ograniczające, policz wydajność procentową i rozpoznaj typy reakcji. Ponadto: Układ okresowy | Masa molowa.

Wpisz równanie chemiczne, używając = jako separatora (np. Fe + O2 = Fe2O3, H2 + O2 = H2O, C3H8 + O2 = CO2 + H2O).

Jak to działa: bilanser zlicza atomy po każdej stronie, buduje macierz współczynników i rozwiązuje ją eliminacją Gaussa, by znaleźć najmniejsze całkowite współczynniki. Kalkulator stechiometrii używa mas molowych wszystkich substancji do przeliczeń między masą a molami.
Czym jest zbilansowane równanie chemiczne?

Równanie chemiczne to przepis zapisany w atomach. Prawo zachowania masy mówi, że atomy nie powstają ani nie giną w reakcji, więc lewa i prawa strona muszą zawierać dokładnie te same atomy — a bilansowanie to księgowanie, które to wymusza. Duże liczby przed wzorami (współczynniki) to pokrętła, które się kręci, aż liczba atomów każdego pierwiastka się zgodzi: rdzewienie żelaza wymaga 4 Fe + 3 O2 = 2 Fe2O3, a nie 1 + 1 = 1. Bilansowanie to czysta algebra, dlatego ta strona potrafi je wykonać eliminacją Gaussa, a potem przeliczyć każdy pierwiastek, by pokazać Lewo = Prawo. Ułamkowe współczynniki są dopuszczalne w termochemii (na mol reakcji); przepisy laboratoryjne usuwają mianowniki, mnożąc przez wspólny czynnik.

Jedna reguła do zapamiętania: współczynniki liczą mole, a nie pojedyncze cząsteczki. 2H2 + O2 = 2H2O czytamy: „2 mol wodoru i 1 mol tlenu dają 2 mol wody” — i dlatego 10 g H2 oraz 32 g O2 to nie ta sama ilość reakcji.
Stechiometria: most molowy

Mola nie można zważyć; waży się gramy. Każde zadanie stechiometryczne to to samo trzyetapowe przejście: gramy → mole (dzielenie przez masę molową), mole jednej substancji → mole drugiej (mnożenie przez stosunek współczynników), mole → gramy (mnożenie przez drugą masę molową). Środkowy krok to miejsce, w którym działa zbilansowane równanie. Dla powyższej próbki 10 g H2 to 4,960 mol; równanie 2H2 + O2 = 2H2O daje wtedy zużycie 2,480 mol O2 (79,4 g) i powstanie do 4,960 mol H2O (89,4 g). Masy molowe pochodzą wprost z układu okresowego — strona Masa molowa to narzędzie właśnie do tego kroku.

Odczynnik ograniczający: logika kanapki

Przy dwóch substratach jeden z nich kończy się pierwszy i reakcja się zatrzymuje — odczynnik ograniczający decyduje o wszystkim, a drugi jest w nadmiarze. Porównanie to mole podzielone przez współczynniki: ten iloraz, który jest mniejszy, kończy się pierwszy. Próbka pokazuje kontrintuicyjny fakt: 32 g O2 waży trzy razy więcej niż 10 g H2, a mimo to O2 jest odczynnikiem ograniczającym (1,000 mol ÷ 1 wygrywa z 4,960 mol ÷ 2), więc wydajność teoretyczna wynosi tylko 36,03 g H2O, a 2,96 mol H2 pozostaje niewykorzystane. Sama masa nigdy nie rozstrzyga sprawy — do porównania muszą wejść współczynniki równania.

Wydajność teoretyczna, rzeczywista i procentowa

Wydajność teoretyczna to to, na co pozwala odczynnik ograniczający, gdyby każda cząsteczka współpracowała; wydajność rzeczywista to to, co faktycznie zostanie wyizolowane; wydajność procentowa = rzeczywista/teoretyczna × 100%. Wynik 85 g z 100 g w próbce dostaje ocenę „Dobry/Przeciętny” — prawdziwe syntezy tracą wydajność przez reakcje uboczne, niepełne rozdzielenie, produkt pozostawiony na szkle i równowagę, która nie chce się domknąć. Wydajność procentowa powyżej 100% to czerwona flaga dla mokrego lub zanieczyszczonego produktu, a nie cud.

Typy reakcji w skrócie

Panel klasyfikatora odczytuje kształt zbilansowanego równania: dwie rzeczy łączące się w jedną to synteza, jedna rzecz rozpadająca się to rozkład, pierwiastek wymieniający się z związkiem to wymiana pojedyncza, dwa związki wymieniające partnerów to wymiana podwójna. Spalanie czegokolwiek tlenem O2 do CO2 i H2O to spalanie, a każda reakcja przenosząca elektrony między substancjami jest dodatkowo redoks — kategorie się nakładają (próbka 2H2 + O2 = 2H2O jest jednocześnie syntezą, spalaniem i redoksem). Księgowanie redoks ma własną stronę: Redoks i elektrochemia.

Typowe nieporozumienia
  • Bilansowanie przez zmianę indeksów. H2O i H2O2 to różne substancje; można regulować tylko współczynniki przed wzorami.
  • Mniejsza masa to odczynnik ograniczający. Próbka to dowód przeciwny: 32 g O2 waży więcej niż 10 g H2 i mimo to ogranicza. Porównuj mole podzielone przez współczynniki, nigdy surowe gramy.
  • Zbilansowane równanie oznacza, że reakcja zachodzi. Bilansowanie nic nie mówi o szybkości (kinetyce) ani o tym, jak daleko reakcja dochodzi (równowaga) — zobacz Równowagę chemiczną.
  • Wydajność powyżej 100% oznacza więcej produktu, niż jest możliwe. Oznacza to, że zmierzony produkt zawiera wodę lub zanieczyszczenia; reakcja nie złamała żadnego prawa.

Powiązane narzędzia: Masa molowa (most gramy–mole, na którym opiera się ta strona), Równowaga chemiczna (jak daleko reakcje faktycznie zachodzą) oraz Redoks i elektrochemia (reakcje z przeniesieniem elektronów).