غلظت مولي

بيشتر واکنشهاي شيميايي در محلولها و بخصوص محلولهاي آبي صورت مي گيرند. استوکيومتري واکنشها بر حسب مول تفسير مي شو. بنابر اين در محاسبه هاي استوکيومتري محلولها از «غلظت مولي» استفاده مي کنيم. غلظت مولي يا مولاريته عبارت است از تعداد مولهاي حل شده از يک ماده در ليتر محلول.

 

n ® تعداد مولهاي حل شده

v ® حجم بر حسب ليتر

=

M غلظت مولي

 

براي تهيه محلولهاي رقيق مي توان از رقيق کردن محلولهاي غليظ تر استفاده کرد. طبق فرمول زير :

 

n=M × V = M × v

غليظ  غليظ  رقيق رقيق      

 

مثال : براي تهيه  mol ۵     محلول kmno4  با مولاريته ۰۲/. چند گرم از ماده حل شده لازم است ؟

KMno4 = 158 g mol-1

 

= 0/01 mol KMno4

0/02 mol KMno4

پاسخ : mol KMno4 = 500 ml  × محلول

1000 ml  محلول

 

 

1/58= gKmno4

158 g Kmno4

پاسخ : g KMno4 = 0/01 mol ×

1 mol Kmno4

 

محاسبه هاي استوکيومتري در واکنشهاي انجام شده با غلظت معين را به هم اضافه مي کنيم در واقع تعداد مول مشخصي از هر يک از واکنش دهنده ها را در کنار هم قرار داده ايم. با استفاده از رابطه ي حجم – غلظت ، تعداد مول واکنش دهنده ها محاسبه مي شود و با استفاده از نسبتهاي مولي در معادله ي موازنه شده واکنش تعداد مول فرآورده ها محاسبه مي شود.

 

مثال : چه حجمي از گاز H2S در شرايط STP مي تواند از واکنش K2S اضافي با L ۱/۶۵ محلول HCL  ۰/۵۵۲ مولار بدست آيد؟

۲HCL (ag) + K2S (ag) ® H2S (g) + 2kcl(ag) 

n = M.V

nHCL(ag) = 1/65 L * 0/552 mol/l = 0/911 mol HCL

 

 

 =  0/4555 mol H2S

1 mol H2S

2 mol HCL

پاسخ : mol H2S = 0/911 mol HCL ×

 

 = 10/2 L

22/4 L H2S

1 mol H2S

پاسخ : L H2 S = 0/4555 mol H2S ×

 

 

واکنش دهندي محدود کننده

در هنگام انجام واکنشهاي شيميايي معمولاً يکي از واکنش دهنده ها به مقدار کمتر از مقدار استوکيومتري وجود دارد. بنابراين در جريان واکنش زودتر از واکنش دهنده هاي ديگر به مصرف مي رسد و تمامي مي شود.

 

اين ماده تعيين کننده پيشرفت واکنش است و آن را محدود کننده مي نامند. واکنش دهنده هاي ديگر را که پس از پايان واکنش نيز مقداري از آنها در ظرف مي ماند، واکنش دهنده هاي اضافي مي نامند.

باتوجه به نسبتهاي مولي مي توان در مسايل واکنش دهنده ي محدود کننده را مشخص کرد.

 

مثال : از واکنش g۵۰  فلزي روي با g ۱۵۰  نيترات نقره چند گرم نقره را مي توان بدست آورد؟

(Ag = 108 g mol و ۱-AgNO3  170 =  g  mol و۱- ZN = 65/4 g mol ۱-

 

پاسخ : ابتدا معادله موازنه شده ي واکنش را مي نويسيم و تعداد مول مواد واکنش دهنده را تعيين مي کنيم.

 

2 AgNO3 + Zn ® 2 Ag  + Zn( NO3)2

 

۸۸۲/.=  Mol AgNO3

(

1mol Ag NO3

)

پاسخ : mol AgNO3 = 150 g AgNO3

170gAgNO3

 

 molAgNo3

=0/765

(

1mol Zn

65/4 g Zn

)

پاسخ : mol ZN = 50 g Zn

 

حال بايد ماده محدود کننده را مشخص کنيم . فرض کنيم که ZN   ماده محدود کننده است. با استفاده از نسبتهاي مولي مقدار AgNO3 لازم براي واکنش با ZN  موجود را محاسبه مي کنيم.

 

= 1/53 mol AgNO3 مورد نياز

(

2mol AgNo3

1mol Zn

)

پاسخ : mol AgNo3 =0/765 mol Zn

 

با مقايسه  AgNo3  مورد نياز و AgNo3 موجود در صورت مساله متوجه مي شويم که انتخاب ما صحيح نبوده و  ماده محدود کننده است.

 

= 0/882 mol Ag

(

2mol Ag

2mol AgNo3

)

پاسخ : mol Ag = 0/882 mol AgNo3

 

= 95/256 g Ag

(

108 g Ag

1mol Ag

)

پاسخ : g Ag = 0/882 mol Ag

 

 

بازدهي واکنشهاي شيميايي

در بسياري از واکنشهاي شيميايي مقدار فرآورده هاي بدست آمده کمتر از مقدار محاسبه شده است. مقدار فرآورده هاي مورد انتظار از محاسبه ها را «بازده نظري» مي گويند. اغلب «بازده عملي» کمتر از بازده نظري است.

 

۱۰۰×

بازده عملي

بازده نظري

= بازده درصدي

 

با محاسبه بازده نظري (بيشترين مقدار ممکن فرآورده) با استفاده از واکنش دهنده ي محدود کننده مي توان بازده درصدي را محاسبه کرد.

مثال : در يک آزمايش واکنشي ميان LiBH4  به مقدارg ۵  و مقدار زيادي NH4Cl  انجام شده و B3N3H6  به مقدار 2/16  بدست آمده . معادله واکنش به صورت زير است.

3 LiBH4 + 3 NH4Cl ® B3N3H6 + 9 H2 + 3 B3N3H6

 

بازده درصدي واکنش را محاسبه کنيد.

(B3N3H6 = 80/4 mol ۱-   و  LiBH4  = 21/79  g . mol(

 

پاسخ :

در صورت مساله مشخص شده است که LiBH4 واکنش دهنده ي محدود کننده است.

 

= 0/230 mol LiBH4

(

1mol LiBH4

21/79 g LiBH4

)

پاسخ : mol LiBH4 = 5 g LiBH4

 

= 0/076 mol B3N3H6

(

1mol B3N3H6

3 mol LiBH4

)

پاسخ : mol  B3N3H6 = 0/230 mol  LiBH4

 

= 6/16 g B3N3H6

(

80/49g B3N3H6

1 mol B3N3H6

)

پاسخ : g B3N3H6 = 0/076 mol B3N3H6

 

 * 100 = %35/06

2/16g B3N3H6

6/16g B3N3H6 

بازده درصدي =

 

 

سوالات :

1- چند گرم گاز H2   در اثر واکنش کامل ۵۷ / ۸۰ گرم فلز ليتيم با آب تشکيل مي شود؟

(H2 = 2/016  g  و Li =  6/94 g)

  11/70   gH2 پاسخ

 

 

2- در حرارت هاي بالا گوگرد با آهن ترکيب شده آهن Õ  سولفيد قهوه اي رنگ مي دهد.

Fe + S ® Fe S

در تجربه اي مقدار 7/62  گرم آهن با 8/68 گرم گوگرد واکنش داده شده است.

الف ) کدام يک از دو واکنش دهنده محدود کننده است ؟                 Fe : پاسخ 

ب ) جرم Fes توليد شده را محاسبه کنيد.                                : پاسخ 12 g

ج) چندگرم از ماده ي اضافي در پايان واکنش باقي مي ماند؟          4/30 g : پاسخ

 

 

3- چند گرم Ca(CL04)2  از واکنش 12/5 گرم Cao  با ۷۵ گرم HClo4  قابل توليد است؟

CaO + 2 HCLO4 ® Ca(CL04)2 + H2O

(Ca(CL04)2 239 = g و HCLO4 = 100 g  و Cao =  56 g)

پاسخ : 53/3 g

 

 

4- چند گرم ماده ي واکنش دهنده پس از واکنش CaO   0/223  mol    با0/75  HCLO4 باقي خواهد ماند؟

(CaO =  56 g  و HCLO4 = 100 g)

پاسخ: 30/4 g

 

 

5- چند گرم سديم سولفات Na2SO4  لازم است تا محلول ۲۵۰ ميلي ليتري که غلظت آن 0/683 مولار است تهيه شود؟

پاسخ : 142/1 g

 

 

6- چگونه مي توان از اسيد نيتريک غليظ با مولاريته  ، ۵ ليتر اسيد نيتريک ۶ مولار تهيه کرد؟

 

 

7- از مقدار 20 گرم N2 و 300 گرم Br2 در طي واکنش غيرموازنه ي زير :

 

N2 + Br 2® NBr3

چند گرم فرآورده ممکن است بدست آوريم ؟

 

(NBr3 = 235/7g , Br2 = 159/8 g , N2 = 28g)

پاسخ : 318/9 g

 

 

8- يک کارخانه ، آمونيوم فسفات را به عنوان کود توليد مي کند. از ترکيب g ۶۳/۱ از اين کود با NaoH  اضافي مقدار  g۲۰  گاز NH3 توليد شده است. چند درصد کود به کار رفته در واکنش خالص بوده است ؟

(NH3 =  17 g و  (NH4)3PO4 = 149 g

3 NaOH +  (NH4)3PO4 ® 3 NH3+ 3H2O + Na3PO4

پاسخ:  %92/6

 

 

9- در واکنش زير براي تهيه گاز H2 چند گرم گاز H2 را مي توان از ۹ گرم HCL  و 50 گرم ZN تهيه کرد؟

2 HCL + ZN ® H2 + ZNCL2

( H2 =2/016 g , HCl =36/46 g , Zn = 65/39 g )

1/542g :  پاسخ

 

 

10- معادلات شيميايي زير را موازنه کنيد.

الف) C6H5CL + SiCL 4 + Na ® (C6H5)4 Si+ NaCL

ب ) HNO2 ® HNO3 + NO + H2O

ج ) HBrO3 + HBr ® Br2 + H2O

د ) As2o3 + KI + HCL ® AsI3 + KCL + H2O