סטכיומטריה- חישובים כמותיים בכימיה

1. N2 + 3H2 ---> 2NH3 1 + 3 = 2 האם זה אפשרי!?! סטכיומטריה- חישובים כמותיים בכימיה

2. מדוע דרושים חישובים בכימיה? דוגמאות: 1. ברצוננו להכין כמות מסוימת של גז אמוניה. כמה גרם מימן וכמה גרם חנקן עלינו לקחת? 2. כיצד נמדוד ונחשב את ריכוז המלחים השונים בים המלח, במי השתייה שלנו או בכל תמיסה אחרת? 3. כיצד נדע כמה מולקולות אמוניה יש ב- 100 גרם אמוניה? כמה מולקולות מים יש ב- 100 גרם מים?

3. הרבה מטבעות קטנות בשק הרבה חרוזים קטנים בשקית תשובה: שוקלים כמות ידועה (למשל אלף פריטים ) ואז שוקלים את כל הכמות הלא ידועה ומחשבים. בשקילה ! כיצד סופרים בקלות חלקיקים קטנים?

4. כיצד סופרים אטומים ומולקולות? גודל האטומים - קטןמאוד מאודמאוד… בסדרי גודל של 1.10-8 ס”מ. משקל האטומים - קטןמאודמאודמאוד… בסדרי גודל של 1.10-20 גרם. גם אטומים ומולקולות אפשר לספור בעזרת שקילה ! א. מגדירים מספר גדול מאד מאד מאד … “מול” ב. מוצאים את המסה של מספר חלקיקים זה של כל חומר - “מסה מולרית”. ג. שוקלים כמות מהחומר בגרמים ומחשבים את המספר החלקיקים.

5. המול - 6.02 . 1023 -המספר נקרא גם מספר אבוגדרו. המסה של מול חלקיקים. (נתונה בטבלה המחזורית או בספר הנתונים) מסה מולרית - מסה מולרית של תרכובת היא סכום המסות המולריות של האטומים המרכיבים אותה !!! תרגיל - חשב את המסה המולרית של CO2 , NH3

6. פתרון: (אפשר בעזרת ערך משולש) 1 מול שוקל 12 גרם X מול שוקלים 100 גרם X = 100/12 = 8.33…mol -תשובה n = m / Mw תרגיל לדוגמא: המסה המולרית של פחמן - 12 גר’ למול. כמה מול אטומי פחמן יש ב- 100 גר’ פחמן?

7. הקשר: מול- מספר חלקיקים - מסה מולרית x Mw x A n מספר מולים m מסת החומר בגר’ N מספר חלקיקים : Mw : A A - 6.02.1023 Mw - מסה מולרית ביחידות גר’ למול

8. n מספר מולים = M משקל Mw מסה מולרית מספר חלקיקים N = n מספר מוליםx 6.02 . 1023 תרגילים : 1. כמה מול מולקולותיש ב- 100 גרם אמוניה- NH3? כמה אטומים יש באותה כמות? 2. כמהגר’ ישקלו 0.01 מולCO2 ? 3. כמה תשקול מולקולה אחת של אמוניה? 4. מהי המסה המולרית של חומרX אם ידוע ש - 0.01 מול שלו שוקלים 1.2 גר’? עבור לדף תרגילים מספר 1

9. מסה מולרית ממוצעת המסה המולרית המופיעה בספרי נתונים היא למעשה מסה מולרית ממוצעת של האיזוטופים השונים. היא תוצאה של המסות המולריות של האיזוטופים השונים ושל נפיצות האיזוטופים השונים בטבע. לפי מה קובעים היום את ערכו של המול? לפי איזוטופ 12 של פחמן- המול - כמות חומר המכילה מספר חלקיקים כמספר אטומי פחמן שיש ב- 12 גר’ של איזוטופ 12 של פחמן. מהגדרה זו נובע בקרוב טוב ש- 1 מול פרוטנים או נויטרונים שוקל 1 גר’. הסבר !!!

10. כיצד ניתן לחשב מסה מולרית ממוצעת? דוגמא: מהי המסה המולרית הממוצעת של כלור? כלור בטבע מורכב בעיקר משני האיזוטופים: בנפיצות - % 75.53 בנפיצות - % 24.47 חישוב:

11. מעט היסטוריה... את המול - מספר אבוגדרו, קבעו בתחילה לפי המימן, זה היה מספר החלקיקים ב- 1 גר’ מימן. המימן נבחר כי הוא הגז הקל ביותר. (לא ידעו מה גודל המספר). הסבר מאוחר יותר. אחכ’, כשהתרבו הניסויים עם חמצן קבעו אותו לפי החמצן, זה היה מספר אטומי החמצן ב- 16 גר’ חמצן. רק מאוחר יותר הגדירו לפי איזוטופ 12 של פחמן.

12. חישובים כמותיים בתגובות נתונה התגובה: 2H2(g) + O2(g) ----> 2H2O(l) כמה גרם מים יתקבלו מ - 100 גרם מימן וכמות מתאימה של חמצן ? מאחר שאיזון התגובה מתייחס למספר המולקולות ומאחר שלמולקולות השונות משקל שונה, יש צורך להפוך את המשקל המימן למולים, לחשב על פי איזון התגובה את כמות המולים של המים המתקבלת מהכמות הנתונה של המימן ואז שוב להפוך לגרמים.

13. 2H2(g) + O2(g) ----> 2H2O(l) החומרים: הכמות שהוכנסה בגר’: הכמות שהוכנסה במולים: הכמות שהגיבה ונוצרה לפי האיזון במולים: כמות המים שנוצרה בגר’: כדאי להעזר בטבלה לחישוב: 100 100/2 = 50 50 50 25 50 . 18 = 900

14. N2O4 2NO2 בחישובים בתגובות יש "לעבור דרך" המולים !!! x Mw מספר המולים המחושב לפי יחסי התגובה x Mw מסת החומר שהכנסנו בגר’ מסת החומר שקבלנו : Mw : Mw דוגמא: A ---------> 2B : Mw=92g x Mw=46g יחסי התגובה 2 : 1 מסה A מולים A מולים B מסה B 4.6 ק”ג 50 מול 100 מול 4.6 ק”ג עבור לדף תרגילים 2

15. תרגילים: נסח ואזן את התגובות לפני פתרון התרגילים. • 10 גרם C6H6 הגיבו עם חמצן בתגובת שריפה מלאה. כמה גרם CO2התקבלו בתהליך? • מימן וחנקן הגיבו לתת אמוניה. כמה גרם מימן יש לקחת כדי לקבל 170 גרם אמוניה? • 16 ק”גCH4 הגיבו בשלמות עם חמצן. כמה ק”ג מים התקבלו?

16. כמה מולי תוצרים יתקבלו? 2H2(g) + O2(g) ----> 2H2O(l) א. 2 מול 1 מול ----> 2 מול ----> ? 4 מול 4 מול ב. ----> 4 מול 2 מול 4 מול + 2 מול חמצן בעודף ----> ? 100 גר’ 100 גר’ ג. במולים: 100/2=50 100/32=3.1 6.2 6.2 43.8 מול מימן בעודף 3.1 + תגובות בהן אחד המגיבים נמצא בכמות מגבילה

17. חשב את מסת האמוניה המתקבלת בכל מקרה N2 + 3H2 ----> 2NH3 ? 100 מול 300 מול 300 מול 300 מול ? ? 56 גרם 3 גרם כמה מול מולקולות סה"כ ישארו בתום התגובה? התייחסו לתוצרים + עודפים אם יש.

18. חישובים כמותים במצב הגזי במה מאופיין המצב הגזי? (במודל גז אידיאלי) 1. מרחקים גדולים בין חלקיקי הגז. 2. תנועה אקראית של החלקיקים. 3. רוב נפח הגז ריק. 4. גודל המולקולות אפסי יחסית לנפח הכלי. נמצא שבלחץ נמוך ובטמפרטורה מספיק גבוהה (יחסית לנקודת הרתיחה) ישנה התנהגות אחידה המאפיינת את כל סוגי הגזים.

19. השערת אבוגדרו - נפחים שווים של גזים שונים באותם תנאים של לחץ וטמפרטורה, מכילים מספר שווה של מולקולות. חוקי הגזים: 1. חוק בויל - בטמפ’ קבועה, נפח של גז נמצא ביחס הפוך ללחץ שהוא מפעיל. P.V=C 2. חוק צ’רלס - בלחץ קבוע, נפח של גז נמצא ביחס ישר לטמפרטורה המוחלטת (בקלווין). V/T=C 3. חוק גי לוסק - בנפח קבוע, לחץ של גז נמצא ביחס ישר לטמפרטורה. P/T=C

20. משוואת הגזים - מאחדת את שלושת החוקים הנ”ל: PV/T = C = nR R = 0.082Atm.Litter/oK.Mol הסבר כיצד נובעת השערתאבוגדרו ממשוואת הגזים. משוואת הגזים מאפשרת ספירת חלקיקים כי לחץ, טמפרטורה ונפח ניתנים למדידה.

21. דוגמאות: + כלור מימן כלורי מימן התגובה: 1 1 2 יחסי נפח: חנקן + מימן אמוניה התגובה: 2 1 3 יחסי נפח: יחסי נפח בתגובות של גזים . “בתגובות בהן משתתפים גזים (באותם תנאים של לחץ וטמפרטורה) נפחיהם מתייחסים זה לזה במספרים קטנים ושלמים.” כיצד ניתן להסביר את יחסי הנפח בדוגמאות הנ”ל ?

22. סיכום: בתגובות בהן משתתפים גזים, באותם תנאים, נפחיהם מתייחסים זה לזה במספרים קטנים ושלמים שהם למעשה מקדמי הניסוח המאוזן של התגובה. תרגילים: 1. 0.1 ליטר חנקן הגיבו עם 0.3 ליטר מימן. כמה ליטר אמוניה התקבלו? 2. 10 ליטר מימן עורבבו עם 10 ליטר חמצן. החומרים הגיבו והתקבלו מים במצב גזי. מה יהיה נפח המערכת בתום התגובה?

23. נפח מולרי - Vm 1. מגדירים תנאי תקן - S.T.P : 1 אטמוספרה, 00 צלזיוס. בתנאים אלו 1 מול גז תופס נפח של 22.4 ליטר. VmS.T.P = 22.4 litter/mol הוכח ע”י נתון זה הצבה במשוואת הגזים.

24. 1 אטמוספרה, 250 צלזיוס. מגדירים תנאי חדר: 2. בתנאים אלו 1 מול גז תופס נפח של 25 ליטר. Vm = 25 litter/mol הוכח ע”י נתון זה הצבה במשוואת הגזים. הנפח המולרי כמו משוואת הגזים מאפשר ספירת חלקיקים: n = V/ Vm

25. נפח המגיב הגזי בליטרים סיכום: מעבר בעזרת צפיפות : Vm x Vm x Mw מספר המולים המחושב לפי יחסי התגובה x Mw מסת המגיב בגר’ מסת התוצר בגר’ : Mw : Mw מעבר בעזרת צפיפות x Vm : Vm נפח התוצר הגזי בליטרים

26. תרגילים: • מהו הנפח בתנאי S.T.P של 0.01 מול מולקולות חנקן, 50 מול מולקולות מימן? • מה יהיה הנפח בתנאי החדר שיתפסו 100 גרם מולקולות מימן, 100 גרם מולקולות פחמן דו חמצני? • 7.25 גרם גז לא ידוע תופסים בתנאי תקן נפח של 2.8 ליטר. מהי המסה המולרית של הגז.

27. תרגילים: • כספית חד חמצנית מתפרקת בחימום לכספית וחמצן. נסח את התגובה ואזן אותה. מה נפח החמצן שיתקבל בתנאי החדר אם יפרקו 100 גרם כספית חמצנית? • 120 מ”ל אמוניה הגיבו בשלמות עם 150 מ”ל מולקולות חמצן. התקבלו 180 מ”ל אדי מים ו- 120 מ”ל גז לא ידוע. הצע נוסחה מולקולרית לגז. (תשובה - NO). מה יהיה נפח המערכת בתום התגובה? (תשובה- 300 מ”ל) לדף תרגילים 3

28. מציאת נוסחה אמפירית ונוסחה מולקולרית נוסחה אמפירית - היחס הפשוט בין האטומים בתרכובת. נוסחהמולקולרית - סוג האטומים ומספרם המדויק במולקולה. % משקלי של יסוד בתרכובת - כמה גרם מכל יסוד יש ב- 100 גרם תרכובת.

29. דוגמא - חישוב של % משקלי של היסודות במים - H2O % המימן הוא - % החמצן הוא- כאשר נתון האחוז המשקלי של היסודות בתרכובת ניתן לקבל מהם את הנוסחה האמפירית. יש לחלק כל אחוז משקלי במסההמולריתשל היסוד המתאים ואז לחשב את היחס הפשוט.

30. חישוב נוסחה מולקולרית מהמסההמולריתוהאחוז המשקלי: בודקים פי כמה גדולה המסההמולריתשל הנוסחה המולקולרית מהמסההמולריתשל הנוסחה האמפירית. דוגמא: לחומר נעלם A יש מסהמולרית 180 גר’ ונוסחה אמפירית- CxH2xOx. מהי נוסחתו המולקולרית? CxH2xOx חומר A מסה מולרית- 30 גר’ מסהמולרית 180 גר’ 180/30 = 6 X = 6 C6H12O6

31. 80/12=6.667 20/1=20 20/6.6667=3 C1xH3x Mw`=12+3=15 30/15=2 א. חישוב היחסהמולרי: ב. חישוב נוסחה אמפירית: ג. חישוב נוסחה מולקולרית: C2H6 לדף תרגילים 4 תרגיל לדוגמא: חשב את הנוסחה המולקולרית של תרכובת בעלת מסהמולרית 30 גר’\מול המכילה %80 פחמן והיתר מימן.

32. תמיסות מימיות - ריכוז מולרי תמיסה - תערובת הומגנית נוזלית. תמיסה מימית - תערובת בין מומס/ים כלשהם לבין הממיס - מים. M - ריכוז מולרי - מספר מולי מומס בליטר תמיסה. n / V = M מולר = נפח / מולים

33. נפח המגיב הגזי בליטרים סיכום : ריכוז מגיב בנפח תמיסה מעבר בעזרת צפיפות : Vm x Vm x Mw מספר המולים המחושב לפי יחסי התגובה x Mw מסת המגיב בגר’ מסת התוצר בגר’ : Mw : Mw מעבר בעזרת צפיפות x Vm : Vm ריכוז תוצר בנפח תמיסה נפח התוצרהגזי בליטרים

34. כיצד תכין 1 ליטר תמיסת גלוקוז - C6H1206 בריכוז 0.001 מולר? א. מסה מולרית של גלוקוז - 180 גרם למול ב. ב- 1 ליטר יש 0.001 מול גלוקוז ולכן משקלו 0.18 גרם. ג. שוקלים כמות זו של גלוקוז ממיסים במעט מים בתוך בקבוק מדידה של ליטר ומשלימים במים עד נפח של 1 ליטר. תרגיל נוסף: כיצד תכין 100 מ”ל NaCl בריכוז0.2 מולר?

35. תרגילים: • 1. כמה מול וכמה גרם אשלגן כלורי יש ב- 200 מ”ל תמיסה בריכוז 0.5 מולר? • 2. 250 מ”ל תמיסת Na2SO4 מכילה 25 גרם של המומס. מהו הריכוז המולרי של התמיסה?(0.07 מולר) • 3. מהו ריכוז יוני הנתרן בתמיסה הנ”ל?(0.14 מולר) • 4. כמה מ”ל תמיסה בריכוז 0.3 מולר ניתן להכין ע”י המסת 19.6 גר’ KOH בכמות מתאימה של מים.

36. תרגילים משולבים בתגובות שיקוע • מערבבים 100 מ”ל תמיסת AgNO3 בריכוז 0.1 מולר עם 100 מ”ל תמיסתNaCl בריכוז 0.1 מולר. א. כמה גרם מוצק ישקע? ב. מהו ריכוז יוני הנתרן לאחר התגובה? • 2 גרםKI מוצק הוכנסו ל- 300 מ”ל תמיסה המכילה Pb(NO3)2בריכוז 5 מולר.א. כמה גרם מוצק ישקע?ב. מהו ריכוז כל אחד מהיונים המשקיפים בתמיסה? • מהו נפח תמיסת כסף חנקתי בריכוז 0.5 מולר הדרוש כדי לשקע את כל יוני הכלור הנמצאים ב- 25 מ”ל תמיסת סידן כלורי בריכוז 2 מולר? לדף תרגילים 5