RÓWNANIA STECHIOMETRYCZNE

Wielu z Was już sama nazwa: równania stechiometryczne, przeraża tak bardzo, że na samą myśl o próbie ich rozwiązania dostajecie gęsiej skórki. Ja postaram się przekonać Was, że nie taki diabeł straszny, jak go malują.

Zaczynamy !!!

Zacznijmy od prostego przykładu

• Równanie:NaOH + H2SO4 Na2SO4 + H2O

• Kluczem do rozwiązania każdego równania jest następująca reguła:

• Ale co to oznacza w praktyce?

Liczba atomów pierwiastka X po prawej stronie równania jest taka sama jak liczba atomów pierwiastka X po stronie lewej.

• Skorzystajmy ze znanego już nam równania:NaOH + H2SO4 Na2SO4 + H2O

• Z poznanej przed chwilą reguły wynika, że:• Liczba atomów sodu (Na) po prawej i po lewej stronie równania

musi być taka sama• Liczba atomów tlenu (O) po prawej i po lewej stronie równania

musi być taka sama• Liczba atomów wodoru (H) po prawej i po lewej stronie równania

musi być taka sama• Liczba atomów siarki (S) po prawej i po lewej stronie równania

musi być taka sama

Zauważmy, że powyższa reguła musi być spełniona przez wszystkie atomy biorące udział w reakcji!

Bardziej obrazowo• Wyobraźmy sobie taką sytuację:Kupiliśmy mieszankę kolorowych cukierków.Część dzielimy pomiędzy siebie i nasze rodzeństwo, a resztę chowamy na później. Dzielimy w następujący sposób: 1 czerwony cukierek dla nas, jeden dla rodzeństwa, 1 zielony dla nas jeden dla rodzeństwa itd.

Ja

Moje rodzeństwo

prawa

lewa

lewa = prawa

Po pewnym czasie stwierdzamy, że zbyt mało zostawiliśmy sobie w zapasie, więc zabieramy kilka cukierków. Jeden nasz niebieski cukierek, jeden rodzeństwa, jeden nasz żółty jeden rodzeństwa, jeden nasz czerwony, jeden rodzeństwa.

Zauważmy, że za każdym razem dzieliliśmy tak, żeby liczba naszych czerwonych/zielonych/żółtych/niebieskich cukierków była równa liczbie czerwonych/zielonych/żółtych/niebieskich cukierków naszego rodzeństwa.

Ja

Moje rodzeństwo

lewa

prawa

lewa = prawa

Małe porównanieJeśli każdy z atomów znanego nam równania potraktujemy jako kolorowe kółeczko to bez problemu zauważymy, że: lewa ≠ prawa.

NaOH + H2SO4 Na2SO4 + H2O

lewa ≠ prawa

Rozwiązanie krok po kroku NaOH + H2SO4 Na2SO4 + H2O

1. Rozpisujemy jakie i ile atomów znajduje się po każdej stronie równania.2. Patrzymy liczba których atomów jest inna po prawej i lewej stronie równania sodu oraz wodoru

Lewa:1 atom Na5 atomów O3 atomy H1 atom S

Prawa:2 atomy Na5 atomów O2 atomy H1 atom S

Rozwiązanie krok po kroku NaOH + H2SO4 Na2SO4 + H2O

3. Uzgadnianie stron rozpoczynamy od pierwiastków innych niż wodór i tlen w naszym przypadku jest to sód. Skoro po prawej stronie mamy 2 Na, a po lewej tylko 1, to przed NaOH dopisujemy 2. W efekcie po lewej stronie równania zmienia się nam także liczba atomów tlenu i wodoru:

2

Lewa:2 atomy Na6 atomów O4 atomy H1 atom S

Prawa:2 atomy Na5 atomów O2 atomy H1 atom S

Lewa:1 atom Na5 atomów O3 atomy H1 atom S

Rozwiązanie krok po kroku2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + H2O

4. Uzgadniamy tleny.Po prawej mamy 5 atomów tlenu, po lewej 6, z czego wynika, że gdzieś po prawej stronie równania musimy dopisać 2. Pytanie brzmi gdzie? Postawienie 2 przed Na2SO4 nie miałoby żadnego sensu, ponieważ zniszczylibyśmy przed chwileczką uzgodnioną liczbę atomów sodu.Z czego wynika, że 2 musimy postawić przed H2O i tak właśnie robimy.

Lewa:2 atomy Na6 atomów O4 atomy H1 atom S

Prawa:2 atomy Na5 atomów O2 atomy H1 atom S

2

Rozwiązanie krok po kroku2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O

Postawienie 2 przed cząsteczką H2O powoduje, że po prawej stronie równania zmienia się także liczba atomów wodoru:

5. Uzgadniamy wodory w tym przypadku po uzgodnieniu liczby atomów tlenu automatycznie uzupełniliśmy także liczbę atomów wodoru.

W EFEKCIE LEWA = PRAWA

Lewa:2 atomy Na6 atomów O4 atomy H1 atom S

Prawa:2 atomy Na6 atomów O4 atomy H1 atom S

Prawa:2 atomy Na5 atomów O2 atomy H1 atom S

6. Sprawdzenie• W ten prosty sposób rozwiązaliśmy pierwsze równanie

stechiometryczne

2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O

Lewa:2 atomy Na6 atomów O4 atomy H1 atom S

Prawa:2 atomy Na6 atomów O4 atomy H1 atom Slewa = prawa

2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O

Zarówno wodorotlenek sodu, kwas siarkowy (VI), jak i siarczan (VI) sodu są silnymi elektrolitami, a więc w roztworach wodnych występują w postaci zjonizowanej.Dlatego chcąc być bardziej zgodni z rzeczywistością rekcję tę powinniśmy zapisać w sposób następujący:

2Na+ + 2OH- +2H+ + SO42- 2Na+ + SO4

2- + 2H2O

Co w formie uproszczonej daje:

2OH- + 2H+ 2H2O A więc rozpatrywana przez nas reakcja, to reakcja zobojętnienia.

Z zakamarków pamięci I

Praktyczny sens współczynników stechiometrycznych:2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O

Opis:2 cząsteczki NaOH reagują z jedną cząsteczką H2SO4, w wyniku czego (po pełnym przereagowaniu) powstają: 1 cząsteczka Na2SO4 i 2 cząsteczki H2O

Czyli:Aby powstał 1 mol siarczanu (VI) sodu niezbędne są 2 mole wodorotlenku sodu oraz 1 mol kwasu siarkowego (VI)

Z zakamarków pamięci II

Z zakamarków pamięci IIILiczba i rodzaj atomów:• Na2CO3 2 at. Na, 1 at. C, 3 at. O• 2Na2CO3 (2·2) 4 at. Na, 2 at. C, (2·3) 6 at. O• Mg(NO3)2 1 at. Mg, 2 at. N, (3·2) 6 at. O• 2Mg(NO3)2 2 at. Mg, (2·2) 4 at. N, (2·3·2) 12 at. O

Sprawdź się:3KCl …?…Cu(NO2)2 …?…Fe2(SO4)3 …?…2Fe2(SO4)3 …?…

Odpowiedzi na następnym slajdzie

Odpowiedzi

• 3KCl 3 at. K, 3 at. Cl• Cu(NO2)2 1 at. Cu, 2 at. N, (2·2) 4 at. O• Fe2(SO4)3 2 at. Fe, 3 at. S, (4·3) 12 at. O• 2Fe2(SO4)3 (2·2) 4 at. Fe, (2·3) 6 at. S, (2·4·3) 24 at. O

Schemat działaniaZanim przystąpimy do rozwiązywania kolejnych równań przypomnijmy sobie schemat działania:

1. Rozpisujemy jakie i ile atomów znajduje się po każdej stronie równania.2. Patrzymy liczba których atomów jest inna po prawej i lewej stronie równania.3. Uzgadnianie stron rozpoczynamy od pierwiastków innych niż wodór i tlen.4. Uzgadniamy liczbę at. tlenu.5. Uzgadniamy liczbę at. wodoru.6. Sprawdzamy czy lewa rzeczywiście równa się prawej.

Pamiętaj o regule lewa = prawa !

Ćwiczymy IMg + HCl MgCl2 + H2

1. Lewa: 1 at. Mg, 1 at. H, 1 at. Cl Prawa: 1 at. Mg, 2 at. H, 2 at. Cl2. Różna liczba at. Cl oraz H3. Uzupełniamy Cl po lewej stronie równania:

Mg + 2HCl MgCl2 + H2

4. –5. Uzupełniając liczbę at. Cl automatycznie uzgodniliśmy liczbę at. H6. Lewa: 1 at. Mg, 2 at. H, 2 at. Cl Prawa: 1 at. Mg, 2 at. Cl, 2 at. H

Mg + 2HCl MgCl2 + H2

lewa = prawa

Ćwiczymy IIAlBr3 + Na NaBr + Al

1. Lewa: 1 at. Al, 3 at. Br, 1 at. Na Prawa: 1 at. Al, 1 at. Br, 1 at. Na2. Różna liczba at. Br 3. Uzupełniamy Br po prawej stronie równania:

AlBr3 + Na 3NaBr + Al

W efekcie zmianie uległa także liczba at. Na po prawej stronie równania, dlatego kolejnym krokiem jest uzgodnienie liczby at. Na dopisujemy 3 przed Na po lewej stronie równania.

AlBr3 + 3Na 3NaBr + Al4. –5. –6. Lewa: 1 at. Mg, 2 at. H, 2 at. Cl Prawa: 1 at. Mg, 2 at. Cl, 2 at. H

AlBr3 + 3Na 3NaBr + Al lewa = prawa

Ćwiczymy *IIIN2O + NH3 N2 + H2O

1. Lewa: 3 at. N, 1 at. O, 3 at. H Prawa: 2 at. N, 1 at. O, 2 at. H2. Różna liczba at. N, O oraz H3. Uzgadniamy liczbę at. N Pojawia się pytanie co zrobić w takiej sytuacji, najprostszym rozwiązaniem jest podwojenia liczby at. N po prawej stronie równania (czyli po tej, po której at. N występuje tylko w jednej cząsteczce).W wyniku takiej operacji otrzymujemy:

N2O + NH3 2N2 + H2OAle…

Ćwiczymy *IIIJak się okazuje takie postępowanie nie zawsze przynosi pożądany efekt i tak też jest w tym przypadku (choć moglibyśmy zbilansować liczbę at. N, nie udałby się bilans at. O – przy założeniu, że jako współczynniki stechiometryczne przyjmujemy tylko liczby całkowite)

W takim przypadku liczbę at. N po prawej stronie równania mnożymy przez kolejną cyfrę (zwykle kolejną parzystą) – my pomnożymy razy 4:

N2O + NH3 4N2 + H2O

Otrzymujemy 8 at. N po prawej i 3 at. N po lewej stronie równania.

Kolejny krok jest dość intuicyjny, musimy się w nim zdecydować jakie współczynniki stechiometryczne postawić przed N2O i NH3. Pomoże nam w tym piąty krok procedury – uzgodnienie liczby at. H. Po prawej stronie równania mamy 2 at. H, po lewej 3 najmniejsza wspólna wielokrotność tych cyfr to 6, dlatego przed NH3 stawiamy 2, a przed H2O 3.

N2O + 2NH3 4N2 + 3H2OW ten sposób pośrednio rozwiązaliśmy problem uzgodnienia liczny at. N po lewej stronie równania: (8-2):2 = 3, a więc 3 cząsteczki N2O.

3N2O + 2NH3 4N2 + 3H2O

4. Po uzgodnieniu liczby at. N liczba at. O zbilansowała się w sposób automatyczny.5. Liczbę at. H uzgodniliśmy jako krok pomocniczy w bilansowaniu at. N.6. Lewa: 8 at. N, 6 at. H, 3 at. O Prawa: 8 at. N, 6 at. H, 3 at. O

3N2O + 2NH3 4N2 + 3H2Olewa = prawa

Ćwiczymy *III(8-2):2 = 3

8 – bo 8 at. N po prawej stronie-2 – bo 2NH3

:2 – bo N2O

Zadanie to stanie się o wiele prostsze, gdy

nauczymy się bilansowania równań

reakcji redoks

Sprawdź się

Znajdź współczynniki stechiometryczne podanych reakcji:1. Mg + O2 MgO2. Al + Br2 AlBr3

3. AgNO3 + CaCl2 AgCl↓ + Ca(NO3)2

4. Ca(OH)2+ HNO3 Ca(NO3)2 + H2O5. N2 + O2 N2O3

Odpowiedzi na następnym slajdzie

Odpowiedzi1. 2Mg + O2 2MgO2. 2Al + 3Br2 2AlBr3

3. 2AgNO3 + CaCl2 2AgCl↓ + Ca(NO3)2

4. Ca(OH)2+ 2HNO3 Ca(NO3)2 + 2H2O5. 2N2 + 3O2 2N2O3

Słowniczek stosowanych pojęć• Współczynnik stechiometryczny – najogólniej mówiąc jest to liczba,

która stoi przed każdym z reagentów (jeśli przed symbolem zw. nie ma żadnej liczby to znaczy, że jest tam 1) biorącym udział w reakcji chemicznej.

• Reakcja chemiczna – to taka przemiana, w wyniku której powstaje nowa substancja, o właściwościach innych niż właściwości tworzących ją substratów.

• Elektrolit – to taka substancja, której roztwór wodny jest zdolny do przewodzenia prądu, a więc taka, która ulega dysocjacji.

• Reakcja zobojętnienia – to reakcja pomiędzy kwasem, a zasadą (dokładniej pomiędzy jonem wodorowym H+ kwasu, a jonem wodorotlenkowym OH- zasady), w wyniku której powstaje obojętna cząsteczka wody.

Kolejna prezentacja poświęcona będzie:Bilansowaniu równań reakcji redoks

Serdecznie zapraszam