Стохиометрийн тодорхойлолтын жишээ асуултууд ба хэлэлцүүлэг
Стохиометр нь химийн урвалд оролцдог бодисын хэмжээг судалдаг химийн салбар юм. "Стохиометр" гэдэг үг нь өөрөө Грек хэлний "stoicheion" буюу элемент, "metron" буюу хэмжүүр гэсэн үгнээс гаралтай. Стохиометр нь химийн урвал дахь моль, масс, эзэлхүүн, бөөмсийн харьцаанд анхаарлаа хандуулдаг. Стохиометр нь химийн салбарт чухал ач холбогдолтой бөгөөд учир нь энэ нь урвалын шинжилгээний үндэс суурийг тавьж, эрдэмтдэд химийн урвалд шаардлагатай эсвэл үүссэн бодисын хэмжээг тодорхойлоход тусалдаг.
Стехиометрийн тухай ойлголтыг илүү сайн ойлгохын тулд зарим жишээ асуултууд болон тэдгээрийн хэлэлцүүлгийг авч үзье.
Стохиометрийн жишээ асуултууд
Асуулт 1: Энгийн химийн урвалууд
Дараах урвалыг авч үзье.
\[ \text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O} \]
Хэрэв бид 4 моль H₂ болон 4 моль O₂-оос эхэлбэл хэдэн моль H₂O үүсэх вэ? Урвалж бодисууд дуусах уу, эсвэл үлдэх үү?
Хэлэлцүүлэг:
Эхний алхам бол тэнцвэртэй химийн тэгшитгэл бичих явдал юм:
\[ \text{2H}_2 + \text{O}_2 \баруун сум \text{2H}_2\text{O} \]
Энэ тэгшитгэл нь 2 моль H₂ нь 1 моль O₂-тай урвалд орж 2 моль H₂O үүсгэнэ гэдгийг харуулж байна. Үүнээс бид стехиометрийн аргаар үүссэн H₂O-ийн молийн тоог олж болно.
1. Илүүдэл болон дууссан мэнгэ тоог тодорхойлно уу:
2 моль H₂ тутамд бидэнд 1 моль O₂ хэрэгтэй. Бид 4 моль H₂ болон 4 моль O₂-оос эхэлнэ.
– \( \frac{4 \text{ mol H₂}}{2} = 2 \text{ mol O₂} \) шаардлагатай.
– Бидэнд 4 моль O₂ байгаа тул O₂ нь үлдсэн бодис юм.
2. Бүтээгдэхүүний тоог тооцоол:
Үүнтэй адилаар, 4 моль H₂ нь ижил тооны моль H₂O үүсгэнэ, учир нь урвалд орсон 2 моль H₂ бүр 2 моль H₂O үүсгэдэг.
\[ 4\текст{ моль H₂} \удаа \frac{2 \текст{ моль H}_2\текст{O}}{2 \текст{ моль H}_2} = 4 \текст{ моль H}_2\текст{O} \]
Тэгэхээр 4 молийн ус үүсэх бөгөөд үлдсэн O₂ ашиглагдахгүй болно.
Асуулт 2: Шаталтын урвал
Бензол (C₆H₆) нь хүчилтөрөгчид шатаж нүүрстөрөгчийн давхар исэл болон усыг дараах байдлаар үүсгэдэг:
\[ 2\text{ C}_6\text{H}_6 + 15\text{ O}_2 \rightarrow 12\text{ CO}_2 + 6\text{ H}_2\text{O} \]
Хэрэв 1 моль C₆H₆ шатаахад хэдэн моль CO₂ ба H₂O үүсэх вэ? Хэдэн моль O₂ шаардлагатай вэ?
Хэлэлцүүлэг:
Дээрх стехиометрийн тэгшитгэлийг ашиглан асуудлыг шийднэ үү:
1. Үүссэн CO₂ болон H₂O-ийн молийн хэмжээг тодорхойлно уу:
\[ \text{C}_6\text{H}_6 \]
\[ 1 \text{ моль C}_6\text{H}_6 \text{ нь } 12 \text{ моль CO}_2 (2 моль C}_6\text{H}_6-ийн хувьд)-тэй тэнцүү \]
Стехиометрийн харьцаанаас:
\[ 1 \text{ моль C}_6\text{H}_6 = \frac{12 \text{ моль CO}_2}{2} \]
\[ = 6 \text{ моль CO}_2 \]
Үүнтэй адил H₂O-ийн хувьд:
\[ 1 \text{ mol C}_6\text{H}_6 = \frac{6 \text{ mol H}_2\text{O}}{2} \]
\[ = 3 \text{мол H}_2\text{O} \]
2. Шаардлагатай O₂-ийн молийг тодорхойлно уу:
\[ 1 \text{ mol C}_6\text{H}_6 = \frac{15 \text{ mol O}_2}{2} \]
\[ = 7.5 \text{ моль О}_2 \]
Асуулт 3: Хүчил-суурь саармагжуулах урвалууд
5 г натрийн карбонат (Na₂CO₃)-ийг илүүдэл давсны хүчилтэй урвалд оруулахад (стандарт нөхцөлд) хэдэн литр CO₂ хий үүсдэг вэ?
\[ \text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow 2\text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \]
Хэлэлцүүлэг:
1. Na₂CO₃-ийн молийн хэмжээг тодорхойлно уу:
Na₂CO₃-ийн молийн масс:
\[ (2 \үргэлжлэл 23) + 12 + (3 \үргэлжлэл 16) = 106 \text{ г/моль} \]
Na₂CO₃-ийн моль байгаа эсэх:
\[ \frac{5 \text{ g Na₂CO₃}}{106 \text{ г/моль}} = 0.047 \text{ моль Na₂CO₃} \]
2. CO₂-ийн хэдэн моль үүсдэг вэ?
\[ 1 \text{ моль Na₂CO₃} нь 1 \text{ моль CO}_2 \] үүсгэдэг.
Тиймээс 0.047 моль Na₂CO₃ нь дараахь зүйлийг үүсгэнэ:
\[ 0.047 \text{ моль CO}_2 \]
Стандарт нөхцөлд (STP: 22.4 л/моль):
\[ 0.047 \text{ моль } \times 22.4 \text{ л/моль} = 1.05 \text{ л CO}_2 \]
Дүгнэлт
Дээрх жишээ бодлогоос харахад стехиометр нь хэд хэдэн чухал алхмуудыг агуулдаг болохыг бид харж болно: массыг моль болгон хувиргах, тэнцвэржүүлсэн тэгшитгэлээс молийн харьцааг ашиглах, эцэст нь шаардлагатай нэгж рүү буцаан хувиргах. Стехиометрийн талаарх ойлголт нь химийн урвалыг шинжлэх, химийн синтезийг төлөвлөхөд амжилтанд хүрэхэд чухал үүрэгтэй. Цаашид дадлага хийснээр стехиометр нь химийн ертөнцөд маш хэрэгтэй хэрэгсэл болох болно.
