Persamaan kimia dan stoikiometri

Halaman ini meliputi satu standard kandungan Tingkatan 4 sahaja: persamaan kimia dan stoikiometri. Di sinilah seluruh bab bertemu: persamaan seimbang memberitahu anda nisbah bahan bertindak balas, dan mol membolehkan anda menukar nisbah itu kepada jisim dan isi padu sebenar. Menguasai standard ini bermakna anda boleh meramal berapa banyak hasil yang diberi tindak balas, atau berapa banyak bahan tindak balas yang diperlukan, jenis penaakulan kuantitatif yang berjalan sepanjang selebihnya Kimia SPM dan ke Tingkatan 5.

Apa yang diberitahu oleh persamaan seimbang

Persamaan kimia mewakili tindak balas menggunakan formula kimia yang betul bagi bahan tindak balas dan hasil, dengan anak panah dari bahan tindak balas ke hasil. Ia mesti seimbang: kerana atom tidak dicipta atau dimusnahkan, bilangan atom setiap unsur mesti sama di kedua-dua belah. Di mana perlu, simbol keadaan ditambah, (p) pepejal, (ce) cecair, (g) gas, (ak) akueus (larut dalam air).

Yang penting, nombor yang diletakkan di hadapan formula, pekali, memberi nisbah mol (juga dipanggil nisbah stoikiometri) yang mana bahan bertindak balas dan terhasil. Contohnya, dalam

2Mg(p) + O₂(g) → 2MgO(p)

nisbah Mg : O₂ : MgO ialah 2 : 1 : 2. Ini bermakna 2 mol magnesium bertindak balas dengan 1 mol oksigen menghasilkan 2 mol magnesium oksida. Nisbah mol ialah jambatan antara satu bahan dengan bahan lain.

Mengimbangkan persamaan

Untuk mengimbangkan, laraskan pekali (jangan sekali-kali menukar formula) sehingga setiap unsur mempunyai atom yang sama di kedua-dua belah. Imbangkan satu unsur pada satu masa, tinggalkan oksigen dan hidrogen ke penghujung, dan semak setiap unsur apabila anda selesai. Pekali mesti nombor bulat paling kecil yang berkesan.

Kaedah stoikiometri

Hampir setiap pengiraan pada standard ini mengikut empat langkah yang sama:

1. Tulis dan imbangkan persamaan.
2. Tukar kuantiti yang diberi kepada mol (jisim ÷ jisim molar, atau isi padu gas ÷ isi padu molar, atau zarah ÷ pemalar Avogadro).
3. Gunakan nisbah mol daripada persamaan untuk mencari mol bahan yang diminta.
4. Tukar mol itu kepada kuantiti yang dikehendaki (× jisim molar untuk jisim, × isi padu molar untuk isi padu gas, × pemalar Avogadro untuk bilangan zarah).

Nisbah mol dalam langkah 3 ialah satu-satunya idea baharu; langkah 2 dan 4 hanyalah penukaran yang anda sudah tahu daripada standard 3.3 dan 3.4.

Contoh penyelesaian

Soalan. Magnesium terbakar dalam oksigen: 2Mg + O₂ → 2MgO. Kira jisim magnesium oksida yang terbentuk apabila 4.8 g magnesium dibakar sepenuhnya. [Ar: Mg = 24, O = 16]

Langkah 1, Persamaan sudah seimbang. 2Mg + O₂ → 2MgO. Nisbah mol Mg : MgO ialah 2 : 2, iaitu 1 : 1.

Langkah 2, Tukar jisim yang diberi kepada mol. Jisim molar Mg = 24 g mol⁻¹. Mol Mg = 4.8 ÷ 24 = 0.2 mol.

Langkah 3, Gunakan nisbah mol. Kerana Mg : MgO = 1 : 1, mol MgO = 0.2 mol.

Langkah 4, Tukar mol MgO kepada jisim. Mr MgO = 24 + 16 = 40, jadi jisim molar = 40 g mol⁻¹. Jisim MgO = 0.2 × 40 = 8.0 g.

Jawapan. 8.0 g magnesium oksida terbentuk.

Soalan latihan

Soalan. Kalsium karbonat terurai apabila dipanaskan: CaCO₃ → CaO + CO₂. Kira isi padu karbon dioksida yang terhasil pada keadaan bilik apabila 10 g kalsium karbonat terurai sepenuhnya. [Ar: Ca = 40, C = 12, O = 16; isi padu molar pada keadaan bilik = 24 dm³ mol⁻¹ dm³ mol⁻¹]

Jawapan. Jisim molar CaCO₃ = 40 + 12 + (3 × 16) = 100 g mol⁻¹. Mol CaCO₃ = 10 ÷ 100 = 0.1 mol. Nisbah mol CaCO₃ : CO₂ = 1 : 1, jadi mol CO₂ = 0.1 mol. Isi padu CO₂ = 0.1 × 24 dm³ mol⁻¹ = 2.4 dm³.

Petua peperiksaan

Susunan operasi itulah yang memperoleh markah: imbangkan dahulu, kemudian bekerja dalam mol. Kesilapan yang kerap ialah menggunakan nisbah mol pada jisim dan bukan mol, nisbah hanya berkesan untuk mol, jadi anda mesti menukar kepada mol sebelum menggunakannya. Dua lagi tabiat: sertakan simbol keadaan apabila soalan meminta persamaan penuh, dan baca dengan teliti sama ada jawapan akhir mesti jisim (guna jisim molar), isi padu gas (guna isi padu molar bagi keadaan yang dinyatakan) atau bilangan zarah (guna pemalar Avogadro). Menulis empat langkah anda sebagai baris berasingan membolehkan pemeriksa memberi markah kaedah walaupun satu kesilapan aritmetik menyelinap masuk.

Nisbah mol ialah intinya

Segala yang tersendiri tentang standard ini bergantung pada satu tanggapan: pekali persamaan seimbang ialah nisbah mol, bukan jisim atau isi padu. Dua atom magnesium bertindak balas dengan satu molekul oksigen, jadi dua mol magnesium bertindak balas dengan satu mol oksigen, dan kerana mol ialah bilangan zarah yang tetap, nisbah pada peringkat atom itu meningkat dengan sempurna kepada amaun makmal. Inilah tepatnya sebabnya mol dicipta: ia membiarkan nisbah mikroskopik dalam persamaan mengawal jisim dan isi padu makroskopik yang anda ukur. Sebaik sahaja anda mempercayai nisbah mol, masalah stoikiometri menjadi perjalanan pendek dan boleh diramal: masuk ke mol, merentasi nisbah, keluar semula kepada kuantiti yang anda perlukan.

Keabadian jisim di latar belakang

Persamaan seimbang sebenarnya penyataan hukum keabadian jisim: jumlah jisim bahan tindak balas sama dengan jumlah jisim hasil, kerana atom yang sama hanya disusun semula. Dalam contoh penyelesaian, 4.8 g magnesium bergabung dengan 3.2 g oksigen (0.1 mol × 32) menghasilkan tepat 8.0 g magnesium oksida, jisim diabadikan. Mengingati ini memberi anda semakan kewarasan pantas pada mana-mana jawapan stoikiometri, dan ia menjelaskan sebab kita dibenarkan mengimbangkan persamaan dengan melaraskan pekali pada mulanya.

Kedudukan dalam bab

Ini standard kandungan 3.6, kemuncak bab Konsep Mol, Formula Kimia dan Persamaan Kimia, menghimpunkan jisim relatif, mol, jisim molar dan isi padu molar. Latih pengiraan penuh dengan contoh penyelesaian dan uji diri anda dengan soalan latihan. Dalam kelas 1-ke-1 Kimia SPM dalam talian kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, guru kami memastikan anda mengimbangkan dengan yakin dan tidak pernah menggunakan nisbah mol pada jisim, kerana standard ini membekalkan sebahagian besar markah pengiraan dalam kertas.

Ringkasan pantas

• Persamaan seimbang mempunyai atom setiap unsur yang sama di kedua-dua belah; tambah simbol keadaan apabila perlu.
• Pekali memberi nisbah mol antara bahan.
• Kaedah: imbangkan → amaun diberi kepada mol → guna nisbah mol → tukar kepada kuantiti dikehendaki.
• Nisbah terpakai untuk mol sahaja; imbangkan sebelum mengira, dan semak unit jawapan sepatutnya.