Stechiometria zahŕňa hľadanie chemických vzorcov, zostavovanie rovníc pre chemické reakcie a výpočty používané v preparatívnej chémii a chemickej analýze.
Zároveň mnohé anorganické zlúčeniny môžu mať z rôznych dôvodov premenlivé zloženie (berthollidy). Látky, pri ktorých sa pozorujú odchýlky od zákonov stechiometrie, sa nazývajú nestechiometrická. Oxid titaničitý má teda premenlivé zloženie, v ktorom môže byť od 0,65 do 1,25 atómu kyslíka na atóm titánu. Sodný volfrámový bronz (patriaci k bronzom z oxidu wolfrámového sodíka), keď sa z neho sodík odstraňuje, mení svoju farbu zo zlatožltej (NaWO 3) na tmavo modrozelenú (NaO 3WO 3), pričom prechádza cez stredné červené a fialové farby. A dokonca aj chlorid sodný môže mať nestechiometrické zloženie, pričom pri prebytku kovu nadobúda modrú farbu. Odchýlky od zákonov stechiometrie sa pozorujú pri kondenzovaných fázach a sú spojené s tvorbou tuhých roztokov (pre kryštalické látky), rozpustením nadbytočnej reakčnej zložky v kvapaline alebo tepelnou disociáciou výslednej zlúčeniny (v kvapalnej fáze, v tavenina).
Ak vstúpia východiskové látky chemická reakcia v presne definovaných pomeroch a ako výsledok reakcie vznikajú produkty, ktorých množstvo sa dá presne vypočítať, potom sa takéto reakcie nazývajú stechiometrické a chemické rovnice, ktoré ich opisujú, sa nazývajú stechiometrické rovnice. Poznaním relatívnych molekulových hmotností rôznych zlúčenín je možné vypočítať, v akých pomeroch budú tieto zlúčeniny reagovať. Molárne pomery medzi látkami zúčastňujúcimi sa reakcie sú znázornené koeficientmi, ktoré sa nazývajú stechiometrické (sú to tiež koeficienty chemických rovníc, sú to aj koeficienty rovníc chemickej reakcie). Ak látky reagujú v pomere 1:1, potom sa nazývajú ich stechiometrické množstvá ekvimolárny.
Pojem „stechiometria“ zaviedol I. Richter v knihe „Začiatky stechiometrie, alebo umenie merania“. chemické prvky“ (J.B. Richter. Anfangsgründe der Stöchyometrie alebo Meßkunst chymischer Elemente. Erster, Zweyter a Dritter Theil. Breßlau und Hirschberg, 1792–93), ktorý zhrnul výsledky svojich určovaní hmotností kyselín a zásad pri tvorbe solí.
Stechiometria je založená na zákonoch zachovania hmotnosti, ekvivalentoch, Avogadrovom zákone, Gay-Lussacovom zákone, zákone stálosti zloženia, zákone viacerých pomerov. Prísne vzaté objavenie zákonov stechiometrie znamenalo začiatok chémie ako exaktnej vedy. Pravidlá stechiometrie sú základom všetkých výpočtov týkajúcich sa rovníc chemických reakcií a používajú sa v analytickej a preparatívnej chémii, chemickej technológii a metalurgii.
Pri výpočtoch týkajúcich sa vzorcov látok a zisťovaní teoreticky možného výťažku reakčných produktov sa používajú zákony stechiometrie. Uvažujme o spaľovacej reakcii termitovej zmesi:
Fe 2 O 3 + 2Al → Al 2 O 3 + 2Fe. (85,0 g F e 2 O 3 1) (1 m o l F e 2 O 3 160 g F e 2 O 3) (2 m o l A l 1 m o l F e 2 O 3) (27 g A l 1 m o l A l) = 28,7 g A l (\displaystyle \mathrm (\left((\frac (85,0\ g\ Fe_(2)O_(3))(1))\right)\left((\frac (1\ mol\ Fe_( 2)O_(3))(160\ g\ Fe_(2)O_(3)))\vpravo)\vľavo((\frac (2\ mol\ Al)(1\ mol\ Fe_(2)O_(3 )))\vpravo)\vľavo((\frac (27\ g\ Al)(1\ mol\ Al))\vpravo)=28,7\ g\ Al) )
Na uskutočnenie reakcie s 85,0 gramami oxidu železitého je teda potrebných 28,7 gramov hliníka.
Encyklopedický YouTube
1 / 3
Stechiometria
Chémia 11 Stechiometrické chemické zákony
Problémy v chémii. Zmesi látok. Stechiometrické reťazce
titulky
Vieme, čo je chemická rovnica, a naučili sme sa, ako ju vyvážiť. Alebo ak vám dám 10 gramov týchto molekúl a 30 gramov týchto molekúl, ktoré z nich sa spotrebujú ako prvé? Všetko, s čím sme doteraz pracovali, čo bolo znázornené zelenou a modrou farbou, bolo potrebné na určenie toho, koľko mólov je v 85 gramoch oxidu železitého.
Koeficient prebytku vzduchu pri tomto spôsobe organizácie spaľovacieho procesu by mal zodpovedať bohatým zmesiam blízkym stechiometrickým. V tomto prípade bude veľmi ťažké zorganizovať efektívne spaľovanie chudobných zmesí z dôvodu nedostatočne vysokej rýchlosti šírenia čela plameňa s vysokou pravdepodobnosťou útlmu zdrojov vznietenia, výraznou cyklickou nerovnomernosťou spaľovania a v konečnom dôsledku aj zlyhaním zapaľovania. Tento smer teda možno nazvať extrémne pomalé spaľovanie bohatých zmesí plynu a vzduchu.[...]
Súčiniteľ prebytočného vzduchu (a) výrazne ovplyvňuje proces spaľovania a komponentné zloženie produktov spaľovania. Je zrejmé, že pri hodnote 1,0) nemá prakticky žiadny vplyv na zloženie zložiek spalín a vedie iba k zníženiu koncentrácie zložiek v dôsledku riedenia vzduchom, ktorý sa nepoužíva v procese spaľovania [...].
Na základe stechiometrických koeficientov reakcie na výrobu dialkylchlórtiofosfátu a optimálneho riešenia pre kritérium 2 zavedieme obmedzenie X3 = -0,26 (1,087 mol/mol).[...]
| 24.5 |
To dáva hodnotu stechiometrického koeficientu pre spotrebu polyfosfátov 1/us,p = g P/g CHSK(NAs).[...]
V tabuľke Tabuľka 24.5 ukazuje stechiometrické koeficienty výťažku stanovené v experimentoch uskutočnených v kontinuálnych vsádzkových reaktoroch s čistou kultúrou. Tieto hodnoty sú v pomerne dobrej zhode napriek rôznym podmienkam mikrobiologického rastu.[...]
Z výrazu (3.36) zistíme stechiometrický koeficient „sat.p = 0,05 g P/g CHSK(NAs).[...]
[ ...]
Z príkladu 3.2 môžete nájsť stechiometrické koeficienty rovnice odstraňovania kyselina octová: 1 mol HA (60 g HA) vyžaduje 0,9 mol 02 a 0,9 32 = 29 g 02.[...]
| 3.12 |
V týchto vzorcoch je prvá východisková látka obsiahnutá vo všetkých stechiometrických rovniciach a jej stechiometrický koeficient v nich je V/, = -1. Pre túto látku sú uvedené stupne konverzie lu v každej stechiometrickej rovnici (celkovo je ich K). V rovniciach (3.14) a (3.15) sa predpokladá, že i-tá zložka, produkt, pre ktorý sa určuje selektivita a výťažok, sa tvorí až v 1. stechiometrickej rovnici (vtedy E/ = x(). Množstvá zložiek v r. tieto vzorce sa merajú v móloch (označenie LO, ako je tradične akceptované v chemických vedách. [...]
Pri zostavovaní redoxných rovníc nájdite stechiometrické koeficienty oxidácie prvku pred a po reakcii. Oxidácia prvku v zlúčeninách je určená počtom elektrónov vynaložených atómom na tvorbu polárnych a iónových väzieb a znamenie oxidácie je určené smerom posunu väzbových elektrónových párov. Napríklad oxidácia sodíkového iónu v zlúčenine NaCl je +1 a oxidácia chlóru je -I.[...]
Je vhodnejšie znázorniť stechiometriu mikrobiologickej reakcie skôr pomocou stechiometrickej bilančnej rovnice ako vo forme tabuliek hodnôt výťažkových koeficientov. Takýto opis zloženia zložiek mikrobiologickej bunky si vyžadoval použitie empirického vzorca. Experimentálne bol stanovený vzorec bunkovej substancie C5H702N, ktorý sa často používa pri príprave stechiometrických rovníc.[...]
V tabuľke 3.6 uvádza typické hodnoty kinetických a iných konštánt, ako aj stechiometrické koeficienty pre aeróbny proces čistenia komunálnych odpadových vôd. Treba si uvedomiť, že medzi jednotlivými konštantami existuje určitá korelácia, preto je potrebné použiť množinu konštánt z jedného zdroja, ako vyberať jednotlivé konštanty z rôznych zdrojov. V tabuľke 3.7 ukazuje podobné korelácie.[...]
Metóda je štandardizovaná známymi množstvami jódu prepočítanými na ozón na základe stechiometrického koeficientu rovnajúceho sa jednotke (1 mól ozónu uvoľňuje 1 mól jódu). Tento koeficient podporujú výsledky viacerých štúdií, na základe ktorých bola stanovená stechiometria reakcií ozónu s olefínmi. Pri inom koeficiente by sa tieto výsledky ťažko vysvetľovali. V práci sa však zistilo, že stanovený koeficient je 1,5. To je v súlade s údajmi, podľa ktorých stechiometrický koeficient, rovný jednej, sa získava pri pH 9 a v kyslom prostredí sa uvoľňuje podstatne viac jódu ako v neutrálnom a zásaditom.[...]
Testy sa robili pri plnom zaťažení a konštantných otáčkach kľukového hriadeľa 1 500 min1. Koeficient prebytočného vzduchu sa pohyboval v rozmedzí 0,8 [...]
Materiálne procesy v živej prírode, cykly biogénnych prvkov sú spojené s energetickými tokmi so stechiometrickými koeficientmi, ktoré sa v rámci najrozmanitejších organizmov líšia len v rámci jedného rádu. Navyše vďaka vysokej účinnosti katalýzy je spotreba energie na syntézu nových látok v organizmoch oveľa menšia ako pri technických analógoch týchto procesov.[...]
Merania charakteristík motora a škodlivých emisií pre všetky spaľovacie komory boli realizované v širokom rozsahu zmien pomeru prebytku vzduchu od stechiometrickej hodnoty až po extrémne chudobnú zmes. Na obr. 56 a 57 znázorňujú hlavné výsledky v závislosti od a, získané pri rýchlosti otáčania 2000 min a úplne otvorenom škrtiacom ventile. Hodnota uhla časovania zapaľovania bola zvolená z podmienky získania maximálneho krútiaceho momentu.[...]
Biologický proces odstraňovania fosforu je zložitý, takže prístup, ktorý používame, je samozrejme značne zjednodušený. V tabuľke Obrázok 8.1 predstavuje súbor stechiometrických koeficientov, ktoré opisujú procesy prebiehajúce za účasti FAO. Tabuľka vyzerá komplikovane, ale už v nej boli urobené zjednodušenia.[...]
V jednej z posledných prác sa prijalo, že 1 mol N02 dáva 0,72 g iónu N07. Podľa poskytnutých údajov Medzinárodná organizáciaštandardizácie, stechiometrický koeficient závisí od zloženia činidiel Griessovho typu. Navrhuje sa šesť variantov tohto činidla, ktoré sa líšia zložením jeho zložiek a uvádza sa, že absorpčná účinnosť pre všetky typy absorpčných roztokov je 90% a stechiometrický koeficient, berúc do úvahy absorpčnú účinnosť, sa pohybuje od 0,8 do 1. Zníženie množstva NEDA a nahradenie kyseliny sulfanilovej sulfanilamidom (biely streptocid) dáva vyššiu hodnotu tohto koeficientu. Autori práce to vysvetľujú stratou HN02 v dôsledku tvorby NO pri vedľajších reakciách.[...]
Pri navrhovaní zariadení na biochemickú úpravu odpadová voda a analýze ich činnosti sa zvyčajne používajú tieto vypočítané parametre: rýchlosť biologickej oxidácie, stechiometrické koeficienty pre akceptory elektrónov, rýchlosť rastu a fyzikálne vlastnosti biomasa aktivovaného kalu. Štúdium chemické zmeny v spojení s biologickými transformáciami vyskytujúcimi sa v bioreaktore umožňuje získať celkom úplný obraz o fungovaní štruktúry. Pre anaeróbne systémy, ktorých súčasťou sú anaeróbne filtre, sú takéto informácie potrebné na zabezpečenie optimálnej hodnoty pH prostredia, ktoré je hlavným faktorom normálnej prevádzky čistiarní. V niektorých aeróbnych systémoch, ako sú tie, v ktorých dochádza k nitrifikácii, je tiež potrebná kontrola pH na zabezpečenie optimálnej rýchlosti rastu mikróbov. Pre uzavreté čistiarne, ktoré vstúpili do praxe koncom 60. rokov a ktoré využívajú čistý kyslík (oxy-tank), sa štúdium chemických interakcií stalo nevyhnutným nielen pre reguláciu pH, ale aj pre inžinierske výpočty plynovodných zariadení [. ...]
Rýchlostná konštanta katalytickej transformácie k je vo všeobecnom prípade pri danej teplote funkciou rýchlostných konštánt priamych, reverzných a vedľajších reakcií, ako aj difúznych koeficientov počiatočných činidiel a produktov ich interakcie. . Rýchlosť heterogénneho katalytického procesu je určená, ako je uvedené vyššie, relatívnymi rýchlosťami jeho jednotlivých stupňov a je obmedzená najpomalším z nich. Výsledkom je, že poradie katalytickej reakcie sa takmer nikdy nezhoduje s molekulovou hmotnosťou reakcie zodpovedajúcou stechiometrickému pomeru v rovnici tejto reakcie a výrazy na výpočet rýchlostnej konštanty katalytickej transformácie sú špecifické pre konkrétne štádiá a podmienky. jeho implementácie [...].
Na riadenie neutralizačnej reakcie potrebujete vedieť, koľko kyseliny alebo zásady by sa malo pridať do roztoku, aby sa dosiahla požadovaná hodnota pH. Na vyriešenie tohto problému možno použiť metódu empirického hodnotenia stechiometrických koeficientov, ktorá sa uskutočňuje pomocou titrácie.[...]
Rovnovážne zloženie produktov spaľovania v komore je určené zákonom o pôsobení hmoty. Podľa tohto zákona je rýchlosť chemických reakcií priamo úmerná koncentrácii počiatočných činidiel, z ktorých každé sa berie do stupňa rovného stechiometrickému koeficientu, s ktorým látka vstupuje do rovnice. chemická reakcia. Na základe zloženia palív môžeme predpokladať, že produkty spaľovania napríklad kvapalných raketových palív v komore budú pozostávať z CO2, H20, CO, N0, OH, Li2, H2, N. H, O, napr. tuhé raketové palivo - od A1203, N2, H2, HC1, CO, C02, H20 pri T = 1100...2200 K. [...]
Na zdôvodnenie možnosti využitia dvojstupňového spaľovania zemný plyn boli vykonané experimentálne štúdie rozloženie lokálnych teplôt, koncentrácií oxidov dusíka a horľavých látok po dĺžke horáka v závislosti od pomeru prebytočného vzduchu privádzaného cez horák. Experimenty boli realizované spaľovaním zemného plynu v peci kotla PTVM-50, vybaveného vírivým horákom VTI s periférnym privádzaním trysiek plynu do vírivého priečneho prúdu vzduchu. Zistilo sa, že pri ag O.bb proces vyhorenia paliva končí vo vzdialenosti 1ph/X>out = 4,2 a pri ag=1,10 - vo vzdialenosti bph10out = 3,6. To naznačuje predĺžený proces spaľovania za podmienok výrazne odlišných od stechiometrických.[...]
Zjednodušená matica parametrov procesu s aktivovaným kalom bez nitrifikácie je uvedená v tabuľke. 4.2. Predpokladá sa, že k procesu premeny prispievajú tri hlavné faktory: biologický rast, degradácia a hydrolýza. Reakčné rýchlosti sú uvedené v pravom stĺpci a koeficienty uvedené v tabuľke sú stechiometrické. Pomocou údajov z tabuľky môžete napísať rovnicu hmotnostnej bilancie, napríklad pre ľahko rozložiteľné organickej hmoty Byť v ideálnom miešacom reaktore. Dopravné výrazy sú samovysvetľujúce. Nájdeme dva výrazy popisujúce premeny látky vynásobením stechiometrických koeficientov z (v tomto prípade) „zložkových“ stĺpcov zodpovedajúcimi reakčnými rýchlosťami z pravého stĺpca tabuľky. 4.2 [...]
Na obr. Obrázok 50 ukazuje zmenu obsahu Shx v produktoch spaľovania (g/kWh) v závislosti od zloženia zmesi a načasovania vznietenia. Pretože Tvorba NOx do značnej miery závisí od teploty plynu pri skorom vznietení sa emisie NOx zvyšujú. Závislosť tvorby 1 Yux od koeficientu prebytku vzduchu je zložitejšia, pretože existujú dva protichodné faktory. Tvorba 1Ох závisí od koncentrácie kyslíka v spaľovacej zmesi a teploty. Naklonenie zmesi zvyšuje koncentráciu kyslíka, ale znižuje maximálnu teplotu spaľovania. To vedie k tomu, že maximálny obsah sa dosiahne pri práci so zmesami mierne chudobnejšími ako stechiometrické. Pri rovnakých hodnotách koeficientu prebytočného vzduchu má efektívna účinnosť maximum.[...]
Na obr. Obrázok 7.2 ukazuje experimentálnu závislosť koncentrácie metanolu od koncentrácie NO3-N na výstupe z kompletného vytesňovacieho biofiltra. Čiary spájajúce experimentálne body charakterizujú distribúciu látky pozdĺž filtra pri rôznych pomeroch Smc/Sn- Sklon kriviek zodpovedá hodnote stechiometrického koeficientu: 3,1 kg CH3OH/kg NO -N. ]
Vzťah spájajúci koncentrácie reaktantov s rovnovážnou konštantou je matematickým vyjadrením zákona o pôsobení hmoty, ktorý možno formulovať nasledovne: pre danú reverzibilnú reakciu pri skup. chemická rovnováha pomer súčinu rovnovážnych koncentrácií produktov reakcie k súčinu rovnovážnych koncentrácií východiskových látok pri danej teplote je konštantná hodnota a koncentrácia každej látky sa musí zvýšiť na mocninu jej stechiometrického koeficientu. [...]
V Sovietskom zväze sa na stanovenie NO¡¡ v atmosfére používa metóda Polezhaev a Girina. Táto metóda využíva 8 % roztok KJ na zachytávanie oxidu dusičitého. Stanovenie dusitanových iónov vo výslednom roztoku sa uskutočňuje pomocou Griess-Ilosvayovho činidla. Roztok jodidu draselného je výrazne účinnejší absorbér NO2 ako roztok alkálií. Pri jeho objeme (iba 6 ml) a priepustnosti vzduchu (0,25 l/min) neprejde cez absorpčné zariadenie s poréznou sklenenou doskou viac ako 2 % NO2. Odobraté vzorky sú dobre zachované (asi mesiac). Stechiometrický koeficient pre absorpciu NOa roztokom KJ je 0,75, berúc do úvahy prielom. Podľa našich údajov táto metóda neinterferuje s NO pri pomere koncentrácie NO:NOa 3:1.[...]
Nevýhodou tohto spôsobu, ktorý je široko používaný v praxi vysokoteplotného spracovania odpadu, je nutnosť použitia drahých alkalických činidiel (NaOH a Na2CO3). Tak je možné uspokojiť potreby mnohých priemyselných odvetví, ktoré potrebujú spracovať malé množstvá tekutého odpadu širokou škálou komponentov chemické zloženie a akýkoľvek obsah organochlórových zlúčenín. K spaľovaniu rozpúšťadiel obsahujúcich chlór by sa však malo pristupovať opatrne, pretože za určitých podmienok (1 > 1200 °C, pomer prebytku vzduchu > 1,5) môžu výfukové plyny obsahovať fosgén, vysoko toxický oxid uhoľnatý alebo chlorid uhličitý ( COC12). Životu nebezpečná koncentrácia tejto látky je 450 mg na 1 m3 vzduchu.[...]
Procesy vylúhovania alebo chemického zvetrávania ťažko rozpustných minerálov alebo ich asociácií sú charakteristické tvorbou nových pevných fáz; Rovnováhy medzi nimi a rozpustenými zložkami sa analyzujú pomocou termodynamických fázových diagramov. Zásadné ťažkosti tu zvyčajne vznikajú v súvislosti s potrebou popísať kinetiku procesov, bez ktorých ich uvažovanie často nie je opodstatnené. Zodpovedajúce kinetické modely vyžadujú odraz chemických interakcií v explicitnej forme - prostredníctvom parciálnych koncentrácií reagujúcich látok cx, berúc do úvahy stechiometrické koeficienty V. špecifických reakcií.
Stechiometria- kvantitatívne vzťahy medzi reagujúcimi látkami.
Ak činidlá vstupujú do chemickej interakcie v presne definovaných množstvách a v dôsledku reakcie sa vytvárajú látky, ktorých množstvo je možné vypočítať, potom sa takéto reakcie nazývajú stechiometrická.
Zákony stechiometrie:
Koeficienty v chemických rovniciach pred vzorcami chemických zlúčenín sa nazývajú stechiometrická.
Všetky výpočty podľa chemické rovnice sú založené na použití stechiometrických koeficientov a sú spojené s hľadaním množstiev látky (počet mólov).
Látkové množstvo v reakčnej rovnici (počet mólov) = koeficient pred príslušnou molekulou.
N A= 6,02 x 1023 mol-1.
η - pomer skutočnej hmotnosti výrobku m p k teoreticky možnému m t, vyjadrené v zlomkoch jednotky alebo v percentách.
Ak výťažok reakčných produktov nie je uvedený v podmienke, potom sa vo výpočtoch považuje za rovný 100 % (kvantitatívny výťažok).
Schéma výpočtu pomocou rovníc chemickej reakcie:
- Napíšte rovnicu pre chemickú reakciu.
- Nad chemické vzorce látok napíšte známe a neznáme veličiny s jednotkami merania.
- Pod chemickými vzorcami látok so známymi a neznámymi zapíšte zodpovedajúce hodnoty týchto množstiev zistených z reakčnej rovnice.
- Zostavte a vyriešte pomer.
Príklad. Vypočítajte hmotnosť a množstvo oxidu horečnatého vzniknutého pri úplnom spálení 24 g horčíka.
|
Vzhľadom na to: m(Mg) = 24 g Nájsť: ν (MgO) m (MgO) |
Riešenie: 1. Vytvorme rovnicu pre chemickú reakciu: 2Mg + 02 = 2MgO. 2. Pod vzorcami látok uvádzame látkové množstvo (počet mólov), ktoré zodpovedá stechiometrickým koeficientom: 2Mg + O2 = 2MgO 2 mol 2 mol 3. Definujme molárnej hmotnosti horčík: Relatívna atómová hmotnosť horčíka Ar (Mg) = 24. Pretože hodnota molárnej hmotnosti sa potom rovná relatívnej atómovej alebo molekulovej hmotnosti M (Mg)= 24 g/mol. 4. Pomocou hmotnosti látky uvedenej v podmienke vypočítame množstvo látky:
5. Vyššie chemický vzorec oxid horečnatý MgO, ktorého hmotnosť nie je známa, sme nastavili xkrtko, nad vzorcom horčíka Mg zapíšeme jeho molárnu hmotnosť: 1 mol xkrtko 2Mg + O2 = 2MgO 2 mol 2 mol
Podľa pravidiel na riešenie proporcií:
Množstvo oxidu horečnatého ν (MgO)= 1 mol. 7. Vypočítajte molárnu hmotnosť oxidu horečnatého: M (Mg)= 24 g/mol, M(O)= 16 g/mol. M(MgO)= 24 + 16 = 40 g/mol. Vypočítame hmotnosť oxidu horečnatého: m (MgO) = v (MgO) x M (MgO) = 1 mol x 40 g/mol = 40 g. odpoveď: v (MgO) = 1 mol; m (MgO) = 40 g. |
Všetky kvantitatívne vzťahy vo výpočte chemické procesy na základe stechiometrie reakcií. Výhodnejšie je množstvo látky pri takýchto výpočtoch vyjadrovať v móloch, prípadne v odvodených jednotkách (kmol, mmol atď.). Krtek je jednou zo základných jednotiek SI. Jeden mol akejkoľvek látky zodpovedá jej množstvu, ktoré sa číselne rovná jej molekulovej hmotnosti. Preto by sa molekulová hmotnosť v tomto prípade mala považovať za rozmerovú hodnotu s jednotkami: g/mol, kg/kmol, kg/mol. Napríklad molekulová hmotnosť dusíka je 28 g/mol, 28 kg/kmol, ale 0,028 kg/mol.
Hmotnostné a molárne množstvá látky sú spojené známymi vzťahmi
NA = mA/MA; m A = N A M A,
kde NA je množstvo zložky A, mol; m A je hmotnosť tejto zložky, kg;
M A - molekulová hmotnosť zložky A, kg/mol.
V kontinuálnych procesoch možno tok látky A vyjadriť jej mol-
množstvo za jednotku času
kde WA je molárny tok zložky A, mol/s; τ - čas, s.
Pre jednoduchú reakciu, ktorá je prakticky nevratná, zvyčajne stechiomet
ricova rovnica sa zapisuje v tvare
v A A + v B B = v R R + v S S.
Je však pohodlnejšie napísať stechiometrickú rovnicu vo forme algebry
th, za predpokladu, že stechiometrické koeficienty reaktantov sú záporné a koeficienty reakčných produktov sú kladné:
Potom pre každú jednoduchú reakciu môžeme napísať nasledujúce rovnosti:
Index "0" sa vzťahuje na počiatočné množstvo zložky.
Tieto rovnosti vedú k vzniku nasledujúcich rovníc materiálovej bilancie komponentu pre jednoduchú reakciu:
Príklad 7.1. Hydrogenačná reakcia fenolu na cyklohexanol prebieha podľa rovnice
C6H5OH + ZH2 = C6H11OH alebo A + ZV = R.
Vypočítajte množstvo vytvoreného produktu, ak počiatočné množstvo zložky A bolo 235 kg a konečné množstvo bolo 18,8 kg
Riešenie: Reakciu napíšeme do formulára
R - A - ZV = 0.
Molekulové hmotnosti komponentov: M A = 94 kg/kmol, M B = 2 kg/kmol a
M R = 100 kg/kmol. Potom budú molárne množstvá fenolu na začiatku a na konci reakcie:
NA° = 235/94 = 2,5; NAo = 18,8/94 = 0,2; n = (0,2 - 2,5)/(-1) = 2,3.
Množstvo vytvoreného cyklohexanolu sa bude rovnať
NR = 0 +1∙2,3 = 2,3 kmol alebo mR = 100,2,3 = 230 kg.
Určenie stechiometricky nezávislých reakcií v ich sústave pri materiálových a tepelných výpočtoch reakčných aparatúr je potrebné na vylúčenie reakcií, ktoré sú súčtom alebo rozdielom niektorých z nich. Toto hodnotenie možno najjednoduchšie vykonať pomocou Gramovho kritéria.
Aby sa predišlo zbytočným výpočtom, je potrebné vyhodnotiť, či je systém stechiometricky závislý. Na tieto účely je potrebné:
Transponujte pôvodnú matricu reakčného systému;
Vynásobte pôvodnú maticu transponovanou;
Vypočítajte determinant výslednej štvorcovej matice.
Ak je tento determinant nula, potom je reakčný systém stechiometricky závislý.
Príklad 7.2. Máme systém reakcií:
FeO + H2 = Fe + H20;
Fe203 + 3H2 = 2Fe + 3H20;
FeO + Fe203 + 4H2 = 3Fe + 4H20.
Tento systém je stechiometricky závislý, pretože tretia reakcia je súčtom ostatných dvoch. Vytvorme maticu
Pri zostavovaní rovníc pre redoxné reakcie je potrebné dodržať nasledujúce dve dôležité pravidlá:
Pravidlo 1: V každej iónovej rovnici musí byť dodržané zachovanie nábojov. To znamená, že súčet všetkých nábojov na ľavej strane rovnice („ľavá“) musí byť rovnaký ako súčet všetkých nábojov na pravej strane rovnice („napravo“). Toto pravidlo platí pre všetky iónové rovnice, ako napr úplné reakcie a pre polovičné reakcie.
Nabíja zľava doprava
Pravidlo 2: Počet elektrónov stratených pri oxidačnej polovičnej reakcii sa musí rovnať počtu elektrónov získaných pri redukčnej polovičnej reakcii. Napríklad v prvom príklade uvedenom na začiatku tejto časti (reakcia medzi železom a hydratovanými mednými iónmi) je počet elektrónov stratených v oxidačnej polovičnej reakcii dva:
Preto počet elektrónov získaných v redukčnej polovičnej reakcii musí byť tiež rovný dvom:
Na zostavenie rovnice pre úplnú redoxnú reakciu z rovníc pre dve polovičné reakcie možno použiť nasledujúci postup:
1. Rovnice pre každú z dvoch polovičných reakcií sú vyvážené oddelene, pričom na ľavú alebo pravú stranu každej rovnice sa pridá príslušný počet elektrónov, aby sa splnilo pravidlo 1 vyššie.
2. Rovnice pre obe polovičné reakcie sú navzájom vyvážené tak, že počet elektrónov stratených v jednej reakcii sa rovná počtu elektrónov získaných v druhej polovičnej reakcii, ako to vyžaduje pravidlo 2.
3. Rovnice pre obe polovičné reakcie sa sčítajú, aby sa získala úplná rovnica pre redoxnú reakciu. Napríklad sčítaním rovníc dvoch vyššie uvedených polovičných reakcií a odstránením ľavej a pravej strany výslednej rovnice
nájdeme rovnaký počet elektrónov
Vyvážme rovnice polovičných reakcií nižšie a napíšme rovnicu pre redoxnú oxidačnú reakciu vodný roztok akúkoľvek železnatú soľ na železitú soľ s použitím kyslého draselného roztoku.
Fáza 1. Najprv vyrovnáme rovnicu každej z dvoch polovičných reakcií oddelene. Pre rovnicu (5) máme
Aby ste vyvážili obe strany tejto rovnice, musíte pridať päť elektrónov na ľavú stranu alebo odpočítať rovnaký počet elektrónov od pravej strany. Po tomto dostaneme
To nám umožňuje napísať nasledujúcu vyváženú rovnicu:
Keďže elektróny museli byť pridané na ľavú stranu rovnice, opisuje redukčnú polovičnú reakciu.
Pre rovnicu (6) môžeme písať
Na vyváženie tejto rovnice môžete pridať jeden elektrón na pravú stranu. Potom