Балансувальник хімічних рівнянь і стехіометрія

Балансуйте хімічні рівняння методом Гаусса, обчислюйте стехіометричні величини, знаходьте лімітуючі реагенти, розраховуйте відсотковий вихід і визначайте типи реакцій. Також: Періодична таблиця | Молярна маса.

Введіть хімічне рівняння, використовуючи = як роздільник (наприклад, Fe + O2 = Fe2O3, H2 + O2 = H2O, C3H8 + O2 = CO2 + H2O).

Як це працює: балансувальник рівнянь рахує атоми з кожного боку, будує матрицю коефіцієнтів і розв'язує її методом Гаусса, щоб знайти найменші цілі коефіцієнти. Калькулятор стехіометрії використовує молярні маси всіх речовин, щоб переходити між масою та молями.
Що таке збалансоване хімічне рівняння?

Хімічне рівняння — це рецепт, записаний атомами. Закон збереження маси каже, що атоми в реакції не створюються і не знищуються, тож ліва і права частини мають містити рівно ті самі атоми — а балансування — це облік, який це забезпечує. Великі числа перед кожною формулою (коефіцієнти) — це регулятори, які ви крутите, доки кількість кожного елемента не збігатиметься: іржа на залізі потребує 4 Fe + 3 O2 = 2 Fe2O3, а не 1 + 1 = 1. Балансування — чиста алгебра, тому ця сторінка може зробити це методом Гаусса, а потім перерахувати кожен елемент, щоб показати Ліворуч = Праворуч. Дробові коефіцієнти законні в термохімії (на моль реакції); лабораторні рецепти позбуваються знаменників множенням.

Одне правило, яке варто запам'ятати: коефіцієнти рахують молі, а не окремі молекули. 2H2 + O2 = 2H2O читається як «2 моль водню плюс 1 моль кисню дають 2 моль води» — саме тому 10 г H2 і 32 г O2 — не однакова кількість реакції.
Стехіометрія: моль як міст

Ви не можете зважити молі; ви зважуєте грами. Кожна задача стехіометрії — це одне й те саме триступеневе перетворення: грами → молі (ділити на молярну масу), молі однієї речовини → молі іншої (множити на відношення коефіцієнтів), молі → грами (множити на іншу молярну масу). Середній крок — це те, де збалансоване рівняння виконує свою роботу. Для зразка вище 10 г H2 — це 4,960 моль; рівняння 2H2 + O2 = 2H2O тоді дає 2,480 моль O2 (79,4 г), що витрачається поряд, і до 4,960 моль H2O (89,4 г), що утворюється. Молярні маси беруться прямо з періодичної таблиці — сторінка Молярна маса — інструмент, присвячений саме цьому кроку.

Лімітуючий реагент: логіка сендвіча

За наявності двох реагентів один із них закінчується першим, і реакція зупиняється — лімітуючий реагент вирішує все, а інший перебуває в надлишку. Порівняння — це молі, поділені на коефіцієнти: яке з частка менша, те закінчується першим. Зразок показує контрінтуїтивний момент: 32 г O2 важчі за 10 г H2 втричі, але O2 — лімітуючий реагент (1,000 моль ÷ 1 переважує 4,960 моль ÷ 2), тож теоретичний вихід становить лише 36,03 г H2O, а 2,96 моль H2 лишаються невикористаними. Сама маса ніколи не вирішує питання — коефіцієнти рівняння мають бути в порівнянні.

Теоретичний, фактичний і відсотковий вихід

Теоретичний вихід — це те, що дозволяє лімітуючий реагент, якщо кожна молекула співпрацює; фактичний вихід — те, що ви справді виділили; відсотковий вихід = фактичний/теоретичний × 100%. 85 г з 100 г зразка оцінюється як «Добре/Задовільно» — реальні синтези втрачають вихід через побічні реакції, неповне розділення, продукт, що лишився на посуді, і рівновагу, яка не хоче завершуватися. Відсотковий вихід понад 100% — це червоний прапорець для вологого або забрудненого продукту, а не диво.

Типи реакцій одним поглядом

Панель класифікатора читає форму збалансованого рівняння: дві речовини, що стають однією, — це синтез; одна речовина, що розпадається, — це розклад; елемент, що заміщує іншу частину сполуки, — це одинарне заміщення; дві сполуки, що обмінюються партнерами, — це подвійне заміщення. Спалювання чогось з O2 з утворенням CO2 і H2O — це горіння, а будь-яка реакція, що переносить електрони між речовинами, додатково є окисно-відновною — категорії перетинаються (зразок 2H2 + O2 = 2H2O — одночасно синтез, горіння і окисно-відновна). Облік окисно-відновних реакцій має власну сторінку: Окисно-відновні реакції та електрохімія.

Поширені хибні уявлення
  • Балансування зміною індексів. H2O і H2O2 — різні речовини; тільки коефіцієнти спереду ви можете змінювати.
  • Менша маса — лімітуючий реагент. Зразок — спростування: 32 г O2 важчі за 10 г H2, але все одно обмежують реакцію. Порівнюйте молі на коефіцієнт, ніколи не сирі грами.
  • Збалансоване рівняння означає, що реакція відбувається. Балансування нічого не каже про швидкість (кінетику) чи про те, наскільки далеко вона йде (рівновагу) — див. Хімічна рівновага.
  • Вихід понад 100% означає більше продукту, ніж можливо. Це означає, що виміряний продукт містить воду або домішки; реакція не порушила жодного закону.

Пов'язані інструменти: Молярна маса (міст між грамами та молями, від якого залежить ця сторінка), Хімічна рівновага (наскільки далеко реакції насправді йдуть) і Окисно-відновні реакції та електрохімія (реакції з переносом електронів).