Как работает стехиометрия реакции
Уравнение реакции показывает, в каких молярных соотношениях вещества вступают в превращение. Коэффициент перед формулой — это не масса и не объём, а число молей: две молекулы гидроксида натрия нейтрализуют одну молекулу серной кислоты, поэтому на каждый моль H2SO4 нужно два моля NaOH.
Чтобы сравнить реагенты, их количества сначала переводят в моли: массу делят на молярную массу, объём газа — на молярный объём. Затем моли делят на стехиометрические коэффициенты, и наименьшее частное выбирает вещество, которое закончится первым.
Что такое лимитирующий реагент
Лимитирующим называют реагент, который полностью расходуется и ограничивает количество продукта. Остальные вещества остаются в избытке, и их остаток калькулятор выводит в граммах. Часто путают избыток по массе с избытком по молям: 10 г щёлочи и 10 г кислоты вовсе не эквивалентны.
Если частные для всех реагентов совпали, смесь взята строго в стехиометрическом соотношении, и избытка нет. На практике один из реагентов специально берут с запасом в 5–20 %, чтобы гарантированно израсходовать более дорогой или трудноудаляемый компонент.
Теоретический и практический выход
Теоретическая масса продукта получается по лимитирующему реагенту в предположении, что реакция идёт до конца и потерь нет. Реальная масса всегда меньше из-за обратимости, побочных реакций, потерь при фильтровании, перекристаллизации и переносе между сосудами.
Отношение фактической массы к теоретической, выраженное в процентах, называют выходом. Для хорошо отработанных неорганических осаждений он составляет 90–98 %, для многостадийных органических синтезов может быть заметно ниже. Значение выше 100 % почти всегда означает влажный или загрязнённый продукт.
Обратная задача: сколько реагентов нужно взять
В режиме «Сколько реагентов взять» вы задаёте нужную массу продукта и ожидаемый выход. Калькулятор делит массу на выход, получает теоретическую массу, переводит её в моли и по коэффициентам определяет требуемое количество каждого реагента, добавляя заданный избыток к реагентам B и C.
Чистоту реагентов учитывают отдельно: если технический продукт содержит 95 % основного вещества, массу нужно увеличить на соответствующую долю. Так вы сразу получаете количество, которое реально нужно отвесить на весах, а не только чистую расчётную массу.
Формулы, гидраты и газы в расчёте
Формулы вводятся латиницей с заглавными буквами в символах элементов. Допустимы круглые и квадратные скобки, например Al2(SO4)3 или K4[Fe(CN)6], а также кристаллогидраты через точку или знак «·», например CuSO4·5H2O. Масса воды кристаллизации входит в молярную массу.
Для газов количество можно задать объёмом при нормальных или комнатных условиях. Если опыт проводился при другой температуре и давлении, сначала приведите объём к стандартным условиям: для этого подойдёт отдельный калькулятор газовых законов, а затем введите результат сюда.
Формула расчёта
ξ = min(nᵢ / νᵢ); n(продукта) = ξ·ν(продукта); η = m(факт) / m(теор) · 100 %
Проверенные примеры
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O; получено 12 г Na2SO4.
Лимитирует H2SO4 (0,102 моль), теоретически 14,48 г Na2SO4, выход 82,9 %, остаток NaOH 1,84 г.
N2 + 3H2 → 2NH3, молярный объём 24,465 л/моль.
Лимитирует H2, образуется 8,0 л NH3, азот остаётся в избытке.
Как пользоваться онлайн-калькулятором
- Выберите режим: теоретический выход, сравнение с фактическим выходом или расчёт загрузки.
- Введите формулы реагентов и их коэффициенты из уравнения реакции; третий реагент можно не заполнять.
- Укажите количества (граммы, моли или литры газа) и формулу продукта с коэффициентом.
- Прочитайте лимитирующий реагент, массу продукта и таблицу баланса; при необходимости задайте фактическую массу или нужный выход.