Back to chapter

5.5:

Stoichiometrie van Gasvormige Stoffen

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Chemical Stoichiometry and Gases: Using Ideal Gas Law to Determine Moles

Languages

Share

Bedenk dat voor een uitgebalanceerde chemische reactie berekeningen met betrekking tot de massa van de reactanten en producten en het aantal mol worden uitgevoerd door een algemeen conceptueel plan te volgen. Hier worden de stoichiometrische coëfficiënten gebruikt als omrekeningsfactoren tussen de molen van de reactant en de molen van het product. Bij chemische reacties waarbij gasvormige stoffen betrokken zijn, wordt de hoeveelheid gas typisch gespecificeerd in termen van het volume bij een bepaalde temperatuur en druk.Dit komt doordat gassen vloeibaar zijn en uitzetten om elk beschikbaar volume te vullen. Bij gasvormige reacties zijn de molhoeveelheid en het volume van een gas met elkaar verbonden door de ideale gaswet. Op deze manier kan het aantal mol worden bepaald uit het volume van het gas en vice versa.Door concepten van de ideale gaswet, molaire massa en stoichiometrie te combineren, kunnen berekeningen worden gemaakt met betrekking tot het volume, het aantal mol en de massa van gasvormige reactanten en producten. Neem als voorbeeld de reactie tussen lithium en water om waterstofgas te produceren. Ervan uitgaande dat de reactie plaatsvindt bij 291 kelvin en 0, 977 atmosfeer, welke hoeveelheid lithium zal dan 35, 25 liter waterstof produceren?Ten eerste, door de ideale gaswet toe te passen en de gegeven waarden van druk, volume, temperatuur en de ideale gasconstante te vervangen. worden de molen waterstofgas berekend. Vervolgens wordt met behulp van de stoichiometrische verhouding het aantal molen waterstofgas omgezet in molen lithium.Ten slotte resulteert vermenigvuldiging met de molaire massa van lithium in een massa van 20, 0 gram. Zo levert 20, 0 gram lithium 35, 25 liter waterstof op. Voor gasvormige chemische reacties die optreden bij STP standaard temperatuur en druk is het molaire volume, 22, 4 liter, een constante.De conversiefactor wordt gebruikt in stoichiometrische berekeningen met gassen bij STP. Neem bijvoorbeeld de vorming van water bij STP. Welk volume waterstof is nodig om 2 gram water te produceren?Volgens het algemene conceptuele plan wordt eerst de watermassa gedeeld door zijn molaire massa, om de molen water te geven. Vervolgens wordt de stoichiometrische verhouding gebruikt om het aantal mol waterstof te bepalen. Ten slotte wordt de conversiefactor van mol naar volume bij STP gebruikt om 2, 5 liter waterstofgas te krijgen.Zo levert 2, 5 liter waterstof 2 gram water op bij STP.

5.5:

Stoichiometrie van Gasvormige Stoffen

Chemical stoichiometry describes the quantitative relationships between reactants and products in chemical reactions.

In addition to measuring quantities of reactants and products using masses for solids and volumes in conjunction with the molarity for solutions; now, the gas volumes can also be used to indicate quantities. If the volume, pressure, and temperature of a gas is known, then the ideal gas equation to calculate how many moles of the gas are present, can be used. Conversely, if the amount of moles of gas is known, the volume of a gas at any temperature and pressure can be determined.

As an example, let's calculate the volume of hydrogen at 27 °C and 723 torr prepared by the reaction of 8.88 g of gallium with an excess of hydrochloric acid.

Eq1

First, convert the provided mass of the limiting reactant, Ga, to moles of hydrogen produced:

Eq2

Convert the provided temperature and pressure values to appropriate units (K and atm, respectively), and then use the molar amount of hydrogen gas and the ideal gas equation to calculate the volume of gas:

Eq3

Avogadro’s Law Revisited

One can also take advantage of a simple feature of the stoichiometry of gases that solids and solutions do not exhibit: All gases that show ideal behavior contain the same number of molecules in the same volume (at the same temperature and pressure). Thus, the ratios of volumes of gases involved in a chemical reaction are given by the coefficients in the equation for the reaction, provided that the gas volumes are measured at the same temperature and pressure.

Avogadro’s law can be extended (that the volume of a gas is directly proportional to the number of moles of the gas) to chemical reactions with gases: Gases combine, or react, in definite and simple proportions by volume, provided that all gas volumes are measured at the same temperature and pressure.

For example, since nitrogen and hydrogen gases react to produce ammonia gas according to 

Eq4

a given volume of nitrogen gas reacts with three times that volume of hydrogen gas to produce two times that volume of ammonia gas if pressure and temperature remain constant.

According to Avogadro’s law, equal volumes of gaseous N2, H2, and NH3, at the same temperature and pressure, contain the same number of molecules. Because one molecule of N2 reacts with three molecules of H2 to produce two molecules of NH3, the volume of H2 required is three times the volume of N2, and the volume of NH3 produced is two times the volume of N2.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Chapter 9.3 Stoichiometry of Gaseous Substances, Mixtures, and Reactions.