Kemiallinen reaktio

ja reaktioyhtälö

KE4: Kemiallinen reaktio

Kemiallinen reaktio

Sidos 4: Luvut 1-2

Keskeiset asiat:

kemiallinen reaktio
lähtöaineet ja reaktiotuotteet
havainnot
törmäysteoria
ekso- ja endoterminen reaktio
reaktioyhtälön kirjoittaminen
reaktioyhtälön tasapainottaminen
aineen häviämättömyyden laki

Esimerkki

Kiinteää kaliumia sekoitetaan veteen. Reaktiossa muodostuu veteen liukenevaa kaliumhydroksidia ja vetykaasua.

K(s)

\mathrm{H_2O(l)}

\mathrm{H_2O(l)}

\mathrm{KOH(aq)}

\mathrm{KOH(aq)}

\mathrm{H_2(g)}

\mathrm{H_2(g)}

Kirjoita reaktioyhtälö ja tasapainota se.

Kertoimet ovat aina kokonaislukuja!

Reaktio-yhtälön käyttö laskuissa

Sidos 4: Luvut 3-4

Keskeiset asiat:

stoikiometria
teoreettinen saanto
todellinen saanto
saantoprosentti
reaktion rajoittava tekijä

Stoikiometriassa käytetään hyödyksi tasapainotettua reaktioyhtälöä, kun lasketaan lähtöaineiden ja reaktiotuotteiden määriä.

Esimerkki

4,0 moolia alumiinia reagoi kloorin kanssa muodostaen alumiinikloridia.

a) Kuinka paljon tuotetta muodostuu täydellisessä reaktiossa?

b) Kuinka paljon klooria tarvitaan, jotta kaikki alumiini reagoisi?

\mathrm{Al(s)}+

\mathrm{Al(s)}+

\mathrm{Cl_2(g)}\rightarrow

\mathrm{Cl_2(g)}\rightarrow

\mathrm{AlCl_3(s)}

\mathrm{AlCl_3(s)}

2

2

3

a) Reaktioyhtälön mukaan n(Al)= $\mathrm{n(AlCl_3})$ .

$\mathrm{n(Al)=n(AlCl_3)=4{,}0\ mol}$

Vastaus: Klooria tarvitaan 6,0 moolia.

\mathrm{\frac{n(Cl_2)}{n(Al)}}=\frac{3}{2}

\mathrm{\frac{n(Cl_2)}{n(Al)}}=\frac{3}{2}

\|\cdot \mathrm{n(Al)}

\|\cdot \mathrm{n(Al)}

\mathrm{n(Cl_2)=\frac{3}{2}n(Al)}

\mathrm{n(Cl_2)=\frac{3}{2}n(Al)}

\mathrm{=\frac{3}{2}\cdot 4{,}0\ mol}

\mathrm{=\frac{3}{2}\cdot 4{,}0\ mol}

\mathrm{= 6{,}0\ mol}

\mathrm{= 6{,}0\ mol}

Vastaus: Tuotetta syntyy 4,0 moolia.

Teoreettinen saanto

se määrä reaktiotuotetta, joka saataisiin, jos kaikki lähtöaine olisi reagoinut tuotteeksi.

Todellinen saanto

se määrä reaktiotuotetta, joka reaktiossa todellisuudessa saadaan

\mathrm{saanto-\%=\frac{todellinen\ saanto}{teoreettinen\ saanto}\cdot100\ \%}

\mathrm{saanto-\%=\frac{todellinen\ saanto}{teoreettinen\ saanto}\cdot100\ \%}

Saantoprosentti

= kuinka monta prosenttia todellinen saanto on teoreettisesta saannosta

Rajoittava tekijä

loppuu ensimmäisenä kemiallisessa reaktiossa. Tämän jälkeen reaktiota ei enää tapahdu.
määrittää sen, kuinka paljon reaktiotuotteita pystytään valmistamaan.

Jos tehtävän tiedoissa on annettu useamman kuin yhden lähtöaineen massat, täytyy aina tutkia, mikä on reaktion rajoittava tekijä!

2 Na(s) + $\mathrm{Cl_2(g)}\rightarrow$ 2 NaCl(s)

lähtöaineiden määrät alussa

n = 1,0 mol

n = ?

n(Na)=2n $\mathrm{(Cl_2)}$

reaktiossa kuluva n(Na)=1,0 mol

reaktiossa kuluva n $\mathrm{(Cl_2)}$ =0,50 mol

klooria jää yli 0,50 mol

ylimäärin

rajoittava tekijä

natrium kuluu kokonaan

reaktiossa muodostuva n(NaCl)=1,0 mol

n(Na)=n(NaCl)

Esimerkki

Kalsiumkarbidia $\mathrm{CaC_2(s)}$ valmistetaan antamalla kalsiumoksidin CaO(s) ja hiilen C(s) reagoida keskenään korkeassa lämpötilassa. Reaktiossa muodostuu kalsiumkarbidin lisäksi hiilidioksidia $\mathrm{CO_2(g)}$ .

a) Kirjoita reaktioyhtälö ja tasapainota se.

b) Mikä on kalsiumkarbidin teoreettinen saanto, kun käytössä on 4,5 grammaa kalsiumoksidia ja 2,3 grammaa hiiltä?

c) Mikä on reaktion saantoprosentti, kun todellisuudessa kalsiumkarbidia muodostuu 3,8 grammaa?

\mathrm{CaO(s)}+

\mathrm{CaO(s)}+

Ratkaisu:

\mathrm{C(s)}\rightarrow

\mathrm{C(s)}\rightarrow

\mathrm{CaC_2(s)}+

\mathrm{CaC_2(s)}+

\mathrm{CO_2(g)}

\mathrm{CO_2(g)}

2

2

2\cdot 2

2\cdot 2

1

5

b) Mikä on kalsiumkarbidin teoreettinen saanto, kun käytössä on 4,5 grammaa kalsiumoksidia ja 2,3 grammaa hiiltä?

Ratkaisu:

m(\mathrm{CaO)=4{,}5\ g}

m(\mathrm{CaO)=4{,}5\ g}

m(\mathrm{C)=2{,}3\ g}

m(\mathrm{C)=2{,}3\ g}

M(\mathrm{CaO)=56{,}08\ g/mol}

M(\mathrm{CaO)=56{,}08\ g/mol}

M(\mathrm{C)=12{,}01\ g/mol}

M(\mathrm{C)=12{,}01\ g/mol}

n(\mathrm{CaO)}=\frac{m(\mathrm{CaO})}{M(\mathrm{CaO})}

n(\mathrm{CaO)}=\frac{m(\mathrm{CaO})}{M(\mathrm{CaO})}

=\frac{4{,}5\ \mathrm{g}}{56{,}08\ \mathrm{g/mol}}

=\frac{4{,}5\ \mathrm{g}}{56{,}08\ \mathrm{g/mol}}

=0{,}0802...\ \mathrm{mol}

=0{,}0802...\ \mathrm{mol}

n(\mathrm{C)}=\frac{m(\mathrm{C})}{M(\mathrm{C})}

n(\mathrm{C)}=\frac{m(\mathrm{C})}{M(\mathrm{C})}

=\frac{2{,}3\ \mathrm{g}}{12{,}01\ \mathrm{g/mol}}

=\frac{2{,}3\ \mathrm{g}}{12{,}01\ \mathrm{g/mol}}

=0{,}1915...\ \mathrm{mol}

=0{,}1915...\ \mathrm{mol}

\mathrm{2\ CaO(s)+5\ C(s)\rightarrow 2\ CaC_2(s)+CO_2(g)}

\mathrm{2\ CaO(s)+5\ C(s)\rightarrow 2\ CaC_2(s)+CO_2(g)}

Reaktioyhtälön kerrointen perusteella

\frac{n(\mathrm{CaO})}{n(\mathrm{C})}

\frac{n(\mathrm{CaO})}{n(\mathrm{C})}

=\frac{2}{5}

=\frac{2}{5}

\|\cdot n(\mathrm{C})

\|\cdot n(\mathrm{C})

n(\mathrm{CaO})=\frac{2}{5}n(\mathrm{C})

n(\mathrm{CaO})=\frac{2}{5}n(\mathrm{C})

=\frac{2}{5}\cdot 0{,}1915...\ \mathrm{mol}

=\frac{2}{5}\cdot 0{,}1915...\ \mathrm{mol}

=0{,}0766...\ \mathrm{mol}

=0{,}0766...\ \mathrm{mol}

<0{,}0802...\ \mathrm{mol}

<0{,}0802...\ \mathrm{mol}

Hiili on siis rajoittava tekijä.

Reaktioyhtälön kerrointen perusteella

$n(\mathrm{CaO})=n(\mathrm{CaC_2)=0,0766...\ mol}$ .

M(\mathrm{CaC_2)=64{,}10\ g/mol}

M(\mathrm{CaC_2)=64{,}10\ g/mol}

m(\mathrm{CaC_2)}=0,0766...\mathrm{mol}\cdot64{,}10\ \mathrm{g/mol}=4,910...\ \mathrm{g}

m(\mathrm{CaC_2)}=0,0766...\mathrm{mol}\cdot64{,}10\ \mathrm{g/mol}=4,910...\ \mathrm{g}

Vastaus: Kalsiumkarbidin teoreettinen saanto on 4,9 grammaa.

c) Mikä on reaktion saantoprosentti, kun todellisuudessa kalsiumkarbidia muodostuu 3,8 grammaa?

RATKAISU:

\mathrm{saanto-\%=\frac{todellinen nen\ saanto}{teoreettinen\ saanto}}

\mathrm{saanto-\%=\frac{todellinen nen\ saanto}{teoreettinen\ saanto}}

\mathrm{=\frac{3{,}8\ g}{4{,}910...\ g}}

\mathrm{=\frac{3{,}8\ g}{4{,}910...\ g}}

=0,\!7738...

=0,\!7738...

\approx 77\ \%

\approx 77\ \%

Vastaus: Reaktion saantoprosentti on 77 %.

Kemiallinen reaktio ja reaktioyhtälö KE4: Kemiallinen reaktio

Kemiallinen reaktio

ja reaktioyhtälö

KE4: Kemiallinen reaktio

Kemiallinen reaktio