Stechiometria: zadania z rozwiązaniami krok po kroku

Zadania ze stechiometrii na maturze rzadko pytają wprost. Zwykle to łańcuch kilku kroków, w którym jeden błąd na początku psuje cały wynik. Dlatego nie potrzebujesz dziesięciu trików na dziesięć typów zadań, tylko jednej metody, która działa zawsze. Poniżej masz ją w siedmiu krokach, trzy zasady, na których się opiera, i pełne rozwiązanie trudnego zadania z miareczkowania krok po kroku.

Metoda na każde zadanie: 7 kroków

Zrozum i rozrysuj, co się dzieje. Jeśli reakcji jest kilka, rozpisz etapy.
Napisz i zbilansuj wszystkie równania. Bez tego stosunek molowy będzie zły.
Wypisz dane i szukaną, i od razu ujednolić jednostki (cm³ na dm³, mg na g, stopnie Celsjusza na kelwiny, procenty na ułamek).
Idź od końca. Zacznij od wzoru na szukaną i pytaj, czego potrzebujesz, aż dojdziesz do danych.
Sprawdź warunki przed liczeniem. Dwa substraty w treści? Sprawdź reagent ograniczający. Podana wydajność? Uwzględnij ją.
Licz do przodu, wszystko przez mole.
Sprawdź jednostki i sens wyniku.

Trzy zasady, na których stoi wszystko

Gdy utkniesz, wróć do tych trzech rzeczy.

Mol to waluta wymiany

Równanie mówi prawdę tylko w molach. Współczynniki to kurs wymiany między substancjami.

Zachowanie masy

Masa substratów równa się masie produktów. Brakującą wielkość policzysz przez różnicę, a przy okazji sprawdzisz wynik.

Mieszanka to układ równań

Dwie niewiadome oznaczają dwa równania. Tyle zależności, ile niewiadomych.

Pełny przykład: miareczkowanie sody i wodorowęglanu

Próbkę stałej mieszaniny Na₂CO₃ i NaHCO₃ rozpuszczono w wodzie. Roztwór miareczkowano kwasem solnym HCl o stężeniu 0,200 mol/dm³, używając dwóch wskaźników. Do odbarwienia fenoloftaleiny zużyto V₁ = 24,6 cm³, a łącznie, licząc od początku, do zmiany barwy oranżu metylowego V = 59,8 cm³. Oblicz udział masowy Na₂CO₃ w wyjściowej mieszaninie.

Masy molowe: M(Na₂CO₃) = 106 g/mol, M(NaHCO₃) = 84 g/mol.

Krok 1

Rozrysuj, co się dzieje

Kwas dolewamy stopniowo, więc reakcje idą po kolei, w dwóch etapach. Najpierw węglan przyjmuje pierwszą porcję kwasu i zamienia się w wodorowęglan, a roztwór z różowego od fenoloftaleiny robi się bezbarwny. Dopiero potem reaguje cały wodorowęglan, ten z próbki i ten powstały z węglanu, a oranż metylowy zmienia barwę na pomarańczową.

Dwa etapy miareczkowania. Każdy widać po zmianie barwy wskaźnika.

Krok 2

Napisz i zbilansuj reakcje

Dwa etapy to dwa równania, oba już zbilansowane.

Etap I: Na₂CO₃ + HCl → NaHCO₃ + NaCl

Etap II: NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂

W obu reakcjach stosunek wynosi 1 do 1: jeden mol HCl na jeden mol soli. To bardzo upraszcza liczenie.

Krok 3

Wypisz dane i ujednolić jednostki

Objętości od razu zamieniamy na dm³, żeby po pomnożeniu przez stężenie wychodziły mole. Pamiętaj: 1 cm³ = 0,001 dm³, czyli cm³ dzielimy przez 1000.

stężenie kwasu: c = 0,200 mol/dm³
etap I (fenoloftaleina): V₁ = 24,6 cm³ = 0,0246 dm³
łącznie do oranżu: V = 59,8 cm³ = 0,0598 dm³
masy molowe: 106 i 84 g/mol
szukana: udział masowy Na₂CO₃ w mieszaninie

Krok 4

Idź od końca

Zaczynamy od wzoru na szukaną i cofamy się, aż dojdziemy do danych, które już mamy.

szukana: w = m(Na₂CO₃) / (m₁ + m₂)

potrzebuję dwóch mas

m = n · M

potrzebuję dwóch liczb moli

mole z danych: n = c · V (mamy je z miareczkowania)

Krok 5

Sprawdź warunki przed liczeniem

Reagent ograniczający? Nie występuje. Miareczkujemy co do kropli, dokładnie do zmiany barwy wskaźnika, więc kwasu jest dokładnie tyle, ile trzeba, i żaden substrat nie jest w nadmiarze. Wydajność? Sto procent. Reakcje jonowe zachodzą ilościowo, bez strat, więc liczymy wprost ze stechiometrii.

Krok 6

Licz do przodu, przez mole

Etap I zużywa kwas tylko na węglan, więc z pierwszej objętości liczymy mole sody.

n(Na₂CO₃) = c · V₁ = 0,200 · 0,0246 = 0,00492 mol

W drugim etapie reaguje cały wodorowęglan. Objętość tego etapu to różnica: 59,8 - 24,6 = 35,2 cm³, czyli 0,0352 dm³.

n(HCl) w etapie II = 0,200 · 0,0352 = 0,00704 mol

To jest cały wodorowęglan: ten z próbki plus ten, który powstał z węglanu w etapie I. Wodorowęglanu z węglanu jest tyle moli, ile było sody, więc wodorowęglan z samej próbki liczymy przez różnicę.

n(NaHCO₃) z próbki = 0,00704 - 0,00492 = 0,00212 mol

Teraz mole zamieniamy na masy.

m(Na₂CO₃) = 0,00492 · 106 = 0,521 g

m(NaHCO₃) = 0,00212 · 84 = 0,178 g

Krok 7

Sprawdź jednostki i sens, i podaj wynik

Udział masowy jest bezwymiarowy, a wynik powinien zmieścić się między 0 a 100 procent. Sprawdźmy też masę: 0,521 + 0,178 = 0,699 g, czyli około 0,70 g, to masa całej mieszanki. Wszystko się zgadza.

w(Na₂CO₃) = 0,521 / (0,521 + 0,178) · 100% ≈ 74,6%

Cała metoda w pigułce

Wytnij, przyklej nad biurkiem i używaj na każdym zadaniu.

W pigułce

Rozrysuj etapy.
Zbilansuj reakcje.
Wypisz dane i ujednolić jednostki.
Idź od końca do danych.
Sprawdź warunki: reagent ograniczający i wydajność.
Licz do przodu, przez mole.
Sprawdź jednostki i sens wyniku.

Trzy narzędzia

Mol to waluta wymiany: tylko w molach równanie mówi prawdę.
Zachowanie masy: masa substratów równa się masie produktów.
Mieszanka to układ równań: dwie niewiadome to dwa równania.

Najczęstsze pytania

Od czego zacząć zadanie ze stechiometrii?

Zawsze od zapisania i zbilansowania równania reakcji. Dopiero zbilansowane równanie daje poprawny stosunek molowy, na którym opiera się reszta liczenia.

Jak rozpoznać reagent ograniczający?

Podziel liczbę moli każdego substratu przez jego współczynnik w równaniu. Najmniejsza wartość wskazuje reagent ograniczający i to względem niego liczysz produkt.

Czym różni się stężenie procentowe od molowego?

Procentowe mówi, ile gramów substancji przypada na 100 g roztworu, a molowe, ile moli przypada na 1 dm³ roztworu. Między nimi przechodzi się przez gęstość roztworu.

Stechiometria nie jest trudna, jest tylko wieloetapowa. Jak rozbijesz każde zadanie na ten sam łańcuch i będziesz pilnować jednostek, większość zadań obliczeniowych z matury staje się powtarzalna. Jeśli chcesz przerobić je z kimś, kto pokaże Ci, gdzie egzaminator zastawia pułapki, zobacz nasze kursy z chemii do matury.