كيفية القيام بقياس العناصر الكيميائية (بالصور)

2024 مؤلف: Jason Gerald | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-15 08:08

في تفاعل كيميائي ، لا يمكن إنشاء المادة أو تدميرها ، لذلك يجب أن تكون نواتج التفاعل مساوية لعدد المواد المتفاعلة في التفاعل. القياس الكيميائي هو دراسة العلاقة الكمية للعناصر في التفاعل ، والتي تتضمن حساب كتلة المواد المتفاعلة والنواتج فيها. القياس المتكافئ هو مزيج من الرياضيات والكيمياء ، ويتم تطبيقه بناءً على مبدأ بسيط واحد أعلاه ، وهو أن المادة لا تزيد أو تنقص أبدًا في التفاعل. الخطوة الأولى لحل أي مشكلة كيميائية هي موازنة المعادلات.

خطوة

جزء 1 من 4: موازنة المعادلات الكيميائية

الخطوة 1. اكتب عدد الذرات التي يتكون منها كل مركب على طرفي المعادلة

يمكن أن تساعدك المعادلات الكيميائية في تحديد ذرات كل عنصر في التفاعل. في تفاعل كيميائي ، لا يمكن إنشاء المادة أو تدميرها ، لذلك يُقال إن المعادلة غير متساوية إذا كان عدد (وأنواع) الذرات المكونة على جانبي المعادلة غير متماثل تمامًا.

لا تنس أن تضرب عدد الذرات في المعامل أو الرقم الموجود أسفل الخط إذا كان لديك واحد.
على سبيل المثال ، H₂وبالتالي₄ + الحديد - الحديد₂(وبالتالي₄)₃ + ح₂
يوجد على الجانب الأيسر (المواد المتفاعلة) من المعادلة 2 H و 1 S و 4 O و 1 Fe.
يوجد على الجانب الأيمن (المنتج) من المعادلة 2 H و 3 S و 12 O و 2 Fe.

الخطوة الثانية: أضف معاملات أمام العناصر الأخرى غير الأكسجين والهيدروجين لموازنة طرفي المعادلة

أوجد المضاعف المشترك الأصغر للعناصر بخلاف الأكسجين والهيدروجين لمعادلة عدد الذرات في كلا طرفي المعادلة.

على سبيل المثال ، المضاعف المشترك الأصغر بين 2 و 1 هو 2 للحديد. لذا ، أضف الرقم 2 أمام عنصر Fe على الجانب الأيسر لموازنته.
المضاعف المشترك الأصغر بين 3 و 1 هو 3 للعنصر S. لذا أضف الرقم 3 أمام المركب H₂وبالتالي₄ لتحقيق التوازن بين الجانبين الأيمن والأيسر من المعادلة.
في هذه المرحلة ، ستكون معادلة المثال أعلاه: 3 ح₂وبالتالي₄ + 2 Fe - Fe₂(وبالتالي₄)₃ + ح₂

الخطوة 3. موازنة ذرات الهيدروجين والأكسجين

تمت موازنة عدد ذرات الهيدروجين والأكسجين أخيرًا لأنها موجودة بشكل عام في عدة جزيئات على جانبي المعادلة. في خطوة الموازنة لهذه المعادلة ، لا تنس إعادة حساب الذرات بعد إضافة المعاملات أمام الجزيئات.

في المثال هنا ، نضيف الرقم 3 أمام المركب H₂وبالتالي₄، إذًا يوجد الآن 6 ذرات هيدروجين على الجانب الأيسر ، ولكن هناك ذرتان فقط من الهيدروجين في الجانب الأيمن من المعادلة. لدينا حاليًا أيضًا 12 ذرة أكسجين على الجانب الأيسر و 12 ذرة أكسجين على الجانب الأيمن ، وبالتالي فإن ذرات الأكسجين متساوية.
يمكننا موازنة ذرات الهيدروجين عن طريق إضافة الرقم 3 أمام H₂.
المعادلة النهائية بعد الموازنة هي 3 ساعات₂وبالتالي₄ + 2 Fe - Fe₂(وبالتالي₄)₃ + 3 ح₂.

الخطوة 4. أعد عد الذرات على طرفي المعادلة للتأكد من أنهما متماثلان

بمجرد الانتهاء ، إعادة الحساب والتحقق من المساواة هي الخطوة الصحيحة. يمكنك القيام بذلك عن طريق جمع كل الذرات على طرفي المعادلة والتأكد من أنها متطابقة.

تحقق من المساواة في المعادلة مرة أخرى ، 3 ح₂وبالتالي₄ + 2 Fe - Fe₂(وبالتالي₄)₃ + 3 ح₂.
على الجانب الأيسر من السهم يوجد 6 H و 3 S و 12 O و 2 Fe.
على الجانب الأيمن من السهم يوجد 2 Fe و 3 S و 12 O و 6 H.
عدد الذرات على الجانبين الأيمن والأيسر متماثل تمامًا ، لذا فإن هذه المعادلة متساوية بالفعل.

جزء 2 من 4: تحويل الجرام والمول

الخطوة 1. احسب الكتلة المولية لكتلة المركب المحدد بالجرام

الكتلة المولية هي عدد الجرامات (جم) في مول واحد من المركب. تسمح لك هذه الوحدة بتحويل الجرامات والشامات من المركب بسهولة. لحساب الكتلة المولية ، تحتاج إلى معرفة عدد جزيئات العنصر في المركب ، وكذلك الكتلة الذرية لكل عنصر في المركب.

أوجد عدد ذرات كل عنصر في مركب. على سبيل المثال ، الجلوكوز هو C₆ح₁₂ا₆، وتتكون من 6 ذرات كربون و 12 ذرة هيدروجين و 6 ذرات أكسجين.
اكتشف الكتلة الذرية بالجرام لكل مول (جم / مول) لكل ذرة. الكتل الذرية للعناصر المكونة للجلوكوز هي: الكربون ، 12.0107 جم / مول ؛ هيدروجين ، 1.007 جم / مول ؛ والأكسجين ، 159994 جم / مول.
اضرب كتلة كل ذرة في عدد الذرات الموجودة في المركب. الكربون: 12.0107 × 6 = 72.0642 جم / مول ؛ الهيدروجين: 1.007 × 12 = 12084 جم / مول ؛ الأكسجين: 15.9994 × 6 = 95.9964 جم / مول.
مجموع كل المنتجات المذكورة أعلاه هو الكتلة المولية للمركب. 72 ، 0642 + 12 ، 084 + 95 ، 9964 = 180 ، 1446 جم / مول. أو بعبارة أخرى ، تبلغ كتلة جزيء الجلوكوز 180.14 جرامًا.

الخطوة 2. تحويل كتلة المركب إلى مولات باستخدام الكتلة المولية

يمكن استخدام الكتلة المولية كعامل تحويل ، بحيث يمكنك حساب عدد المولات في عدد معين من جرامات العينة. اقسم الكتلة المعروفة (جم) على الكتلة المولية (جم / مول). طريقة سهلة للتحقق من حساباتك هي التأكد من أن الوحدات تلغي بعضها البعض وتترك الشامات فقط.

على سبيل المثال: كم عدد المولات الموجودة في 8.2 جرام من كلوريد الهيدروجين (HCl)؟
الكتلة الذرية لـ H هي 1.0007 و Cl هي 35.453 لذا فإن الكتلة المولية للمركب أعلاه هي 1.007 + 35.453 = 36.46 جم / مول.
قسمة عدد جرامات المركب على كتلته المولية يعطي: 8.2 جم / (36.46 جم / مول) = 0.225 مول حمض الهيدروكلوريك.

الخطوة 3. تحديد النسبة المولية بين المواد المتفاعلة

لتحديد كمية المنتج الناتج في التفاعل ، يجب تحديد النسبة المولية. النسبة المولية هي نسبة المركبات التي تتفاعل مع بعضها البعض ، ويُشار إليها بواسطة معاملات المركبات المتكافئة في التفاعل.

على سبيل المثال ، ما هي النسبة المولية لـ KClO₃ مع O₂ في تفاعل 2 KClO₃ - 2 بوكل + 3 س₂.
بادئ ذي بدء ، تأكد من أن المعادلات أعلاه متساوية. لا تنس أبدًا هذه الخطوة وإلا فإن النسبة المولية التي تم الحصول عليها ستكون خاطئة. في هذا المثال ، تكون مقادير كل عنصر على طرفي المعادلة متساوية ، وبالتالي يكون التفاعل متوازنًا.
النسبة بين KClO₃ مع O₂ هو 2/3. يمكنك وضع أي رقم أعلى وأسفل ، طالما أنه يمثل المركب المناسب خلال المسألة.

الخطوة 4. اضرب التقاطع في النسبة المولية لإيجاد عدد مولات المادة المتفاعلة الأخرى

يمكنك استخدام النسبة المولية لحساب عدد مولات المركب الناتج أو المطلوب في التفاعل. عادةً ما تطلب منك مسائل الكيمياء تحديد عدد المولات المطلوبة أو المنتجة في تفاعل من كتلة (جرامات) مادة متفاعلة معينة.

على سبيل المثال ، في معادلة التفاعل N₂ + 3 ح₂ - 2 NH₃ كم عدد مولات NH₃ الذي سينتج من 3.00 جرام من N₂ الذي يتفاعل مع H.₂ كمية غير كافية؟
في هذا المثال ، H₂ متوفرة بكميات كافية ولا يتعين عليك حسابها لحل المشكلة.
أولاً ، قم بتغيير وحدات الجرام N₂ تكون الشامات. الكتلة الذرية للنيتروجين هي 14.0067 جم / مول ، وبالتالي فإن الكتلة المولية هي N₂ هو 28.0134 جم / مول. ستعطي القسمة بين الكتلة والكتلة المولية 3.00 جم / 28.0134 جم / مول = 0.107 مول.
احسب النسبة في المسألة: NH₃: ن₂ = س / 0 ، 107 مول.
اضرب هذه النسبة في النسبة المولية لـ NH₃ مع N.₂: 2: 1 x / 0، 107 مول = 2/1 = (2 x 0، 107) = 1x = 0.214 مول.

الخطوة 5. حوّل عدد المولات هذا إلى كتلة باستخدام الكتلة المولية للمركب

ستستخدم الكتلة المولية مرة أخرى ، ولكن الآن هناك حاجة إلى الكتلة المولية كمضاعف لإرجاع عدد المولات إلى الجرامات. تأكد من استخدام الكتلة المولية الصحيحة للمركب.

الكتلة المولية NH₃ 17.028 جم / مول. لذا فإن 0.214 مول × (17028 جرام / مول) = 3.647 جرام من NH4₃.

جزء 3 من 4: تحويل لتر من الغاز والمول

الخطوة 1. اكتشف ما إذا كان التفاعل يحدث عند ضغط ودرجة حرارة قياسيين (STP)

STP هي مجموعة الشروط التي تسمح لمول واحد من الغاز المثالي بملء حجم 22.414 لترًا (لتر). درجة الحرارة القياسية هي 273 ، 15 كلفن (K) والضغط القياسي هو 1 جو (atm).

بشكل عام ، في المشاكل سيتم ذكر أن التفاعل يحدث عند 1 atm و 273 K ، أو في STP

الخطوة 2. استخدم معامل التحويل 22،414 لتر / مول لتحويل عدد لترات الغاز إلى مولات غاز

إذا حدث التفاعل في ظل ظروف STP ، فيمكنك استخدام 22.414 لتر / مول لحساب عدد المولات في حجم معروف من الغاز. اقسم حجم الغاز (لتر) على عامل التحويل هذا لإيجاد عدد المولات.

على سبيل المثال ، لتحويل 3.2 لتر من N₂ غاز إلى مولات: 3.2 لتر / 22 ، 414 لتر / مول = 0.143 مول.

الخطوة 3. استخدم قانون الغاز المثالي لتحويل لترات الغاز إن لم يكن تحت ظروف STP

إذا لم يحدث التفاعل في المشكلة في ظل ظروف STP ، فيجب عليك استخدام قانون الغاز المثالي PV = nRT لحساب عدد المولات في التفاعل. P هو الضغط بوحدات الغلاف الجوي ، و V هو الحجم باللتر ، و n هو عدد المولات ، و R هو ثابت قانون الغاز ، و 0.0821 l-atm / mol-degree ، و T هي درجة الحرارة بالدرجات كلفن.

يمكن إعادة ترتيب هذه المعادلة لحساب عدد المولات لتصبح: n = RT / PV.
تم تصميم وحدات ثابت الغاز لإزالة جميع متغيرات الوحدة الأخرى.
على سبيل المثال ، حدد عدد المولات في 2.4 لتر من O₂ عند 300 كلفن و 1.5 ضغط جوي. بإدخال المتغيرات في المعادلة ، نحصل على: n = (0.0821 x 300) / (1، 5 x 2) = 24، 63/3، 6 = 6، 842 مول O₂.

جزء 4 من 4: تحويل لترات السوائل والمول

الخطوة 1. احسب كثافة السائل

في بعض الأحيان ، تعطيك المعادلات الكيميائية حجم المادة المتفاعلة السائلة وتطلب منك حساب عدد الجرامات أو المولات المطلوبة للتفاعل. تحتاج إلى كثافة السائل لتحويل حجم السائل إلى جرامات. يتم التعبير عن الكثافة بوحدات الكتلة / الحجم.

إذا كانت الكثافة غير معروفة في المشكلة ، فقد تضطر إلى البحث عنها في كتاب مدرسي أو على الإنترنت

الخطوة 2. تحويل الحجم إلى مليلتر (مل)

لتحويل حجم السائل إلى كتلة (جم) ، يجب استخدام كثافته. يتم التعبير عن الكثافة بالجرام لكل مليلتر (جم / مل) ، لذلك يجب أيضًا التعبير عن حجم السائل بالملليلترات لحسابه.

اكتشف الحجم المعروف. على سبيل المثال ، لنفترض في المسألة أن حجم H. معروف₂O هو 1 لتر. لتحويله إلى مل ، تحتاج فقط إلى ضربه في 1000 لأن هناك 1000 مل في 1 لتر من الماء.

الخطوة 3. اضرب الحجم في الكثافة

عند ضرب الحجم (مل) في كثافته (جم / مل) ، تضيع وحدات مل وما يتبقى هو عدد جرامات المركب.

على سبيل المثال ، كثافة H.₂O هو 18.0134 جم / مل. إذا كانت المعادلة الكيميائية تنص على وجود 500 مل من H.₂O ، عدد الجرامات في المركب 500 مل × 18.0134 جم / مل أو 9006 ، 7 جم.

الخطوة 4. احسب الكتلة المولية للمواد المتفاعلة

الكتلة المولية هي عدد الجرامات (جم) في مول واحد من المركب. تسمح لك هذه الوحدة بتغيير وحدات الجرامات والشامات في المركب. لحساب الكتلة المولية ، يجب أن تحدد عدد جزيئات العنصر في المركب ، وكذلك الكتلة الذرية لكل عنصر في المركب.

حدد عدد ذرات كل عنصر في مركب. على سبيل المثال ، الجلوكوز هو C₆ح₁₂ا₆، وتتكون من 6 ذرات كربون و 12 ذرة هيدروجين و 6 ذرات أكسجين.
اكتشف الكتلة الذرية بالجرام لكل مول (جم / مول) لكل ذرة. الكتل الذرية لعناصر الجلوكوز هي: الكربون ، 12.0107 جم / مول ؛ هيدروجين ، 1.007 جم / مول ؛ والأكسجين ، 159994 جم / مول.
اضرب الكتلة الذرية لكل عنصر في عدد الذرات الموجودة في المركب. الكربون: 12.0107 × 6 = 72.0642 جم / مول ؛ الهيدروجين: 1.007 × 12 = 12084 جم / مول ؛ الأكسجين: 15.9994 × 6 = 95.9964 جم / مول.
أضف نتائج الضرب أعلاه للحصول على الكتلة المولية للمركب ، وهي 72 ، 0642 + 12 ، 084 + 95 ، 9964 = 180 ، 1446 جم / مول. إذن ، كتلة مول واحد من الجلوكوز هي 180.14 جرامًا.

الخطوة 5. حوّل عدد جرامات المركب إلى مولات باستخدام الكتلة المولية

باستخدام الكتلة المولية كعامل تحويل ، يمكنك حساب عدد المولات الموجودة في عدد معين من الجرامات من العينة. اقسم عدد جرامات (جم) المركب المعروف على الكتلة المولية (جم / مول). طريقة سهلة للتحقق من حساباتك هي التأكد من أن الوحدات تلغي بعضها البعض وتترك الشامات فقط.

على سبيل المثال: كم عدد المولات الموجودة في 8.2 جرام من كلوريد الهيدروجين (HCl)؟
الكتلة الذرية لـ H هي 1.0007 و Cl هي 35.453 لذا فإن الكتلة المولية للمركب هي 1.007 + 35.453 = 36.46 جم / مول.
قسمة عدد جرامات المركب على الكتلة المولية يعطي: 8.2 جم / (36.46 جم / مول) = 0.225 مول حمض الهيدروكلوريك.