Skaičiavimai pagal formules ir reakcijų lygtis

Mokymosi tikslai

Apskaičiuoti elemento masės dalį junginyje ir nustatyti empirinę bei molekulinę formules.
Taikyti masės dalies, koncentracijos, skiedimo, grynumo ir išeigos ryšius.
Nustatyti ribojantįjį reagentą iš molių ir lygties koeficientų santykio.
Patikrinti skaičiavimo rezultatą pagal medžiagos tvermę, vienetus ir realų dydį.

Sąvokos

Empirinė formulė, molekulinė formulė, masės dalis, molinė koncentracija, skiedimas, ribojantysis reagentas, grynumas, teorinė išeiga, praktinė išeiga.

Medžiagos formulė parodo ne tik elementus, bet ir jų atomų kiekybinį santykį. Iš formulės galima apskaičiuoti elemento masės dalį, o iš eksperimentinės sudėties – atkurti empirinę formulę.

Prisimink

Elemento $E$ masės dalis junginyje:

\omega(E)=\frac{\nu_E A_r(E)}{M_r(\text{junginio})},

kur $\nu_E$ – elemento atomų skaičius formulėje. Procentams gauti trupmena dauginama iš $100\%$ .

Empirinė formulė rodo mažiausią sveikųjų skaičių atomų santykį. Molekulinė formulė rodo tikrą atomų skaičių molekulėje ir yra empirinės formulės kartotinis.

Kaip iš masių dalių gauti empirinę formulę

Įsivaizduok $100\ \mathrm{g}$ mėginį: procentai tampa gramais.
Kiekvieno elemento masę padalyk iš jo molinės masės.
Gautus molių skaičius padalyk iš mažiausio.
Jei santykis dar ne sveikasis, visus narius padaugink iš mažiausio tinkamo sveikojo skaičiaus.

Išspręstas pavyzdys

Junginyje yra $40{,}0\%$ C, $6{,}7\%$ H ir $53{,}3\%$ O.

n(\ce C)=\frac{40{,}0}{12{,}01}=3{,}33,\quad n(\ce H)=\frac{6{,}7}{1{,}01}=6{,}63,\quad n(\ce O)=\frac{53{,}3}{16{,}00}=3{,}33.

Padalijus iš $3{,}33$ , santykis yra maždaug $1:2:1$ , todėl empirinė formulė – $\ce{CH2O}$ .

Jei eksperimentiškai nustatyta molinė masė $180\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$ , empirinio vieneto molinė masė yra apie $30\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$ . Kartotinis $k=180/30=6$ , taigi molekulinė formulė $\ce{C6H12O6}$ .

Grynumas ir mišinio sudėtis

Jei mėginys nėra grynas, reakcijoje dalyvaujančios medžiagos masė yra

$m(\text{grynos})=\omega\,m(\text{mėginio}),$

kur $\omega$ rašoma dešimtaine trupmena. Pavyzdžiui, $25{,}0\ \mathrm{g}$ $80{,}0\%$ grynumo kalkakmenio turi $20{,}0\ \mathrm{g}$ $\ce{CaCO3}$ .

Koncentracija, skiedimas ir maišymas

c=\frac{n}{V_{\text{tirpalo}}},\qquad \omega=\frac{m_{\text{tirpinio}}}{m_{\text{tirpalo}}},\qquad c_m=\frac{m_{\text{tirpinio}}}{V_{\text{tirpalo}}}.

Skiedžiant tirpikliu tirpinio medžiagos kiekis nekinta, todėl vienam tirpiniui be reakcijos taikoma $c_1V_1=c_2V_2$ . Maišant tirpalus pirmiausia atskirai apskaičiuok kiekvieno tirpinio molius; jei medžiagos reaguoja, vien koncentracijų vidurkio imti negalima.

Skaičiavimai pagal išlygintą lygtį

Patikimas algoritmas: išlyginta lygtis → duotas dydis paverčiamas moliais → koeficientų santykis → ieškomas dydis. Pavyzdžiui:

$\ce{2Mg + O2 -> 2MgO}.$

Iš $4{,}86\ \mathrm{g}$ Mg gauname $n=4{,}86/24{,}31=0{,}200\ \mathrm{mol}$ . Santykis $\ce{Mg}:\ce{MgO}=1:1$ , todėl susidaro $0{,}200\ \mathrm{mol}$ , arba $8{,}06\ \mathrm{g}$ $\ce{MgO}$ .

Kai duoti abu reagentai, kiekvieno molių skaičių padalyk iš jo koeficiento. Mažesnė reikšmė nurodo ribojantįjį reagentą. Produkto praktinė išeiga:

\eta=\frac{m_{\text{praktinė}}}{m_{\text{teorinė}}}\cdot100\%.

Jei procesas turi kelis etapus, atskirų etapų išeigos dauginamos kaip dešimtainės trupmenos.

Duomenų kontrolė

Visų elementų masių dalys turi sudaryti maždaug $100\%$ ; nedidelis nuokrypis galimas dėl apvalinimo.
Molekulinės formulės kartotinis turi būti teigiamas sveikasis skaičius.
Formulė turi būti elektriškai neutrali, jei kalbama apie neutralų junginį.

Dažnos klaidos

Procentiniai skaičiai panaudojami kaip molių santykis, nepadalijus iš atominių masių.
Santykis $1:1{,}5$ suapvalinamas iki $1:2$ . Reikia dauginti abu narius iš $2$ ir gauti $2:3$ .
Empirinė formulė automatiškai laikoma molekuline, nors duota molinė masė.
Grynumo procentas pritaikomas produktui, nors jis apibūdina pradinį mėginį.
Skaičiuojama pagal neišlygintą lygtį arba koeficientai klaidingai laikomi masių santykiu.
Ribojantysis reagentas parenkamas pagal mažesnę masę, o ne pagal molių ir koeficientų santykį.
Skiedimo formulė taikoma tirpalams, kurie sumaišyti chemiškai reaguoja.

Pasitikrink

Apskaičiuok deguonies masės dalį $\ce{CaCO3}$ .
Elementų molių santykis yra $1:1{,}5:1$ . Paversk jį mažiausiu sveikųjų skaičių santykiu.
Empirinė formulė $\ce{NO2}$ , o molinė masė $92{,}0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$ . Nustatyk molekulinę formulę.
Reaguoja $0{,}40$ mol $\ce{H2}$ ir $0{,}15$ mol $\ce{O2}$ . Nustatyk ribojantįjį reagentą.
Teorinė produkto masė $12{,}5\ \mathrm{g}$ , išeiga $84{,}0\%$ . Apskaičiuok praktinę masę.

Kraunama pamokos praktika…

Santrauka

Cheminiai skaičiavimai susijungia per molius. Sudėties, koncentracijos, grynumo ir išeigos duomenis pritaikyk tam proceso etapui, kurį jie iš tiesų apibūdina, ir visada remkis išlygintos lygties moliniu santykiu.

Oficialūs šaltiniai

SRC-BP-V1269 – Chemijos bendroji programa, IV gimnazijos klasė, skaičiavimai pagal formules ir reakcijų lygtis.
SRC-EMOKYKLA-CHEM – oficialus Bendrosios programos atvaizdavimas eMokykloje.
SRC-IR-2025 – III–IV gimnazijos klasių įgyvendinimo rekomendacijos; naudota skaičiavimų sekai ir duomenų tikrinimui.