Kemiska beräkningar 1 - extra-kemi

m  nM
Kemiska beräkningar 1
Beräkning av
massa, formelmassa, molmassa
och substansmängd
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
1
Reaktionsformler 1
För att kunna utföra kemiska
beräkningar behöver du kunna
• skriva korrekta reaktionsformler,
• tolka reaktionsformler.
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
2
Reaktionsformler 4
Reaktionsformel:
1 C(s) + 1 O2(g) → 1 CO2(g)
• Tolkning:
1 mol C + 1 mol O2 → 1 mol CO2
• 12,0 g C + 32,0 g O2 → 44,0 g CO2
”Nu när vi vet i vilket
substansmängdförhållande ämnena
reagerar kan vi beräkna i vilket
massförhållande ämnena reagerar…”
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
3
Reaktionsformler 5
Koefficienterna i en balanserad
reaktionsformel anger alltid
förhållandena mellan
substansmängderna av de ämnen
som förbrukas och bildas.
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
4
Formler 1
massa = substansmängd ∙ molmassa
beteckning
m
=
n
enhet
1g
formel
m=n∙M
2015-09-02
∙
1 mol
n=m/M
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
M
1 g / mol
eller
1 g ∙ mol-1
M=m/n
5
m
M
n
Formler 2
massa i g
molmassa i g/mol
substansmängd i mol
m  nM
m
m
n
M
2015-09-02
n
M
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
m
M
n
6
Räkneexpempel 1
Hur stor massa har 0,20 mol magnesium?
Vi vet:
n = 0,20 mol
givet i uppgiften
M = 24,3 g/mol hämtas ur tabell
Beräkning:
m = 0,20 mol · 24,3 g/mol = 4,86 g
m  nM
Svar: Massan är 4,9 g
Kommentar:
Antalet värdesiffror i det givna värdet är 2. Då bör man använda minst 2
värdesiffror för molmassan, som hämtas ur tabell. Svaret får innehålla 2
värdesiffror.
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
7
Räkneexpempel 2
Vilken substansmängd är 2,30 g
natrium?
Vi vet:
m = 2,30 g givet i uppgiften
M = 23,0 g/mol
hämtas ur tabell
Beräkning:
n =2,30 g / 23,0 g/mol = 0,100 mol
• Svar: Substansmängden är 0,100 mol
• Kommentar:
Antalet värdesiffror i det givna
värdet är 3. Då bör man använda
minst 3 värdesiffror för molmassan,
som hämtas ur tabell. Svaret får
innehålla 3 värdesiffror.
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
m
n
M
8
Räkneexpempel 3
Substansmängden av ett grundämne är 0,15 mol och
massan är 6,0 g. Ämnet är vid rumstemperatur i fast form.
Vilket är grundämnet?
Vi vet:
• n = 0,15 mol
givet i uppgiften
• m = 6,0 g givet i uppgiften
• M = 6,0 g / 0,15 mol = 40 g/mol
Svar: Molmassan är 40 g/mol. Grundämnet är kalcium.
Fråga: Varför var upplysningen om att ämnet har fast form
vid rumstemperatur nödvändig?
(Svaret framgår av periodiska systemet. Annars finns två
ämnen att välja mellan.)
m
M
n
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
9
Räkneexpempel 4
Beräkna substansmängden i 36,0 g vatten,
H2O.
•
•
•
•
Vi vet:
m = 36,0 g givet i uppgiften
M = 2 · 1,01 g/mol + 16,0 g/mol = 18,02 g/mol
värdena hämtas ur tabell
Beräkning:
n = 36,0 g / 18,02 g/mol = 1,998 mol
Svar: Substansmängden vatten är 2,00 mol.
Kommentar:
Molmassan för vatten är summan av molmassorna för
de ämnen som ingår i molekylen. 1 mol H2O
innehåller 2 mol väteatomer och 1 mol syreatomer.
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
m
n
M
10
Räkneexpempel 5a
•
•
•
•
•
Vilken är substansmängden väteatomer i 0,25 g metan,
CH4?
Vi vet:
m = 0,25 g givet i uppgiften
M = 12,0 g/mol + 4 · 1,01 g/mol = 16,04 g/mol värdena
hämtas ur tabell
Beräkning:
n(CH4) = 0,25 g / 16,04 g/mol = 0,015586 mol
Substansmängdförhållande: 1 mol metan ↔ 4 mol
väteatomer
n(H) = 4 · mol = 0,0625 mol
Svar: Substansmängden väteatomer är 0,063 mol.
2015-09-02
m
n
M
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
11
Räkneexpempel 5b
• Kommentar:
• n(CH4) utläses ”substansmängden metan” och n(H)
”substansmängden väteatomer”.
• ”1 mol metan ↔ 4 mol väteatomer” utläses 1 mol
metan ”svarar mot” 4 mol väteatomer
• Beräkningen av n(CH4) leder lätt till ett
avrundningsfel. Om man avrundar ett värde under
beräkningarnas gång, händer det att svaret avviker
från det korrekta. Därför har värdet under
beräkningen stått kvar i miniräknaren.
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
12
Räkneexpempel 6
Hur stor substansmängd svavel reagerar med koppar till
dikopparsulfid och hur stor substansmängd dikopparsulfid bildas om
den reagerande substansmängden koppar är 2,4 mol?
Reaktionsformel:
2 Cu(s) + S(s) → Cu2S
Substansmängdförhållandet:
2 mol Cu ↔ 1 mol S ↔ 1 mol Cu2S
Koefficienterna i detta uttryck kan multipliceras med vilket tal som helst och
fortfarande gälla.
1 mol Cu ↔ 0,5 mol S ↔ 0,5 mol Cu2S
1 · 2,4 mol Cu ↔ 0,5 · 2,4 mol S ↔ 0,5 · 2,4 mol Cu2S
Svar: 1,2 mol svavel reagerar med 2,4 mol kopppar till 1,2 mol dikopparsulfid.
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
13
Arbetsgång
vid beräkning av massor
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Skriv formeln för reaktionen.
Markera de ämnen som är aktuella för beräkningen.
Skriv ner förhållandet mellan deras substansmängder.
Räkna om förhållandet mellan substansmängderna så att
det motsvarar 1 mol av det kända ämnet.
För in massan av det kända ämnet om denna är given i
uppgiften.
För in molmassorna för aktuella ämnena.
Beräkna substansmängden för det kända ämnet.
Beräkna substansmängden för det sökta ämnet ur
förhållandena mellan substansmängderna.
Beräkna massan av det sökta ämnet.
Beräkningen kan noteras som en tabell. Se nästa räkneexempel.
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
14
Räkneexempel 7
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Hur många gram zinkoxid får man vid fullständig förbränning
av 12,0 g zink?
2 Zn(s)
+
O2(g) →
2 ZnO(s)
2 Zn(s)
+
O2(g) →
2 ZnO(s)
2 mol Zn

2 mol ZnO
1 mol Zn

1 mol ZnO
m = 12,0 g
M = 65,4 g/mol
M = 81,4 g/mol
n = m/M = 12,0 g/(65,4 g/mol) = 0,183 mol
n = 0,183 mol
m = 0,183 mol · 81,4 g/mol =
=14,8 g
Svar: Det bildas 14,8 g zinkoxid.
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
15
Överskott 1
• Inte alltid finns det ekvivalenta
(likvärdiga) mängder av reaktanterna.
• Då finns minst ett av ämnena i
överskott.
• Följden blir att en del av detta ämne
inte kan deltar i reaktionen.
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
16
Överskott 2
Exempel
Syre i överskott:
1 C(s) + 1 O2(g) → 1 CO2(g)
• Enligt reaktionsformeln reagerar 12,0 g kol
med 32,0 g syre till 44,0 g CO2.
• När det finns 12,0 g kol och 320 g syre i en
kolv kan bara 32,0 g syre delta i reaktionen.
• Det finns alltså ett överskott på 288,0 g syre i
kolven.
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
17
Utbyte – ofullständig reaktion 1
• Även om det finns ekvivalenta
substansmängder av edukterna i ett
reaktionskärl är reaktionen sällan
fulltständigt.
• Då är det faktiska utbytet
(substansmängden produkter som
bildas) mindre än det teoretiska
utbytet.
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
18
Utbyte – ofullständig reaktion 2
det faktiska utbytet
procentuel la utbytet 
100 %
det teoret iska utbytet
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
19
Räkneexempel 8
Nickel kan framställas ur nickeloxid, NiO, genom reaktion med kol
varvid det bildas kolmonoxid, CO. Vilken massa har det nickel som
erhålls ur 150 kg NiO, om utbytet är 75 %?
NiO
+
C

Ni
+ CO(g)
1 mol NiO

1 mol Ni
m = 150 kg = 1,5  105 g
M = 75 g/mol
M = 59 g/mol
n = 2,0  103 mol
n = 2,0 · 103 mol
m = n M
m = 2,0 · 103 mol · 59 g/mol
Det teoretiska utbytet av nickel har massan
mteoretiskt = 2,0 · 103 mol · 59 g/mol = 1,18 · 105 g.
Det verkliga utbytet var 75 % av det teoretiska utbytet, dvs.
mpraktiskt = 0,75 · 2,0 · 103 mol · 59 g/mol = 88,5  103 g = 89 kg.
Svar: 150 kg nickeloxid ger 89 kg nickel vid 75 % utbyte.
2015-09-02
Kemi 1 / Stökiometri / Del 1
20