ZADANIE
oparte na równaniu reakcji
Ile moli chloru potrzeba do otrzymania 12 moli chlorku glinu?
Rozwiązanie
Z treści wynika, że jest to zadania oparte na równaniu reakcji. Można to poznać choćby po słowach "do otrzymania" - jeżeli otrzymujemy jakiś związek (albo pierwiastek) chemiczny, to zachodzi reakcja. Tu otrzymujemy związek, chlorek glinu. Skoro jest to zadanie oparte na równaniu reakcji, to do jego rozwiązania potrzebne będzie właśnie równanie reakcji. Piszemy je. Skoro otrzymanie chlorku glinu, to piszemy wzór tego chlorku glinu w produktach (po prawej stronie od strzałki).
→ tutaj wzór chlorku glinu
Trzeba by go ustalić (wzór chlorku glinu). Hmm chlorek... czyli sól kwasu chlorowodorowego (solnego) o wzorze HCl. Jak każda sól, ma resztę kwasową kwasu od którego pochodzi. Reszta kwasowa kwasu HCl to Cl. Czyli po prawej stronie we wzorze chlorku glinu będzie Cl. O tak:
Cl
W kwasie HCl jest jeden atom wodoru, zatem wartościowość reszty Cl też wynosi I.
I
Cl
Chlorek czego? Glinu. Symbol glinu to Al, czyli po lewej we wzorze piszemy Al.
I
AlCl
Wartościowość glinu wynosi zawsze III (warto pamiętać).
III I
Al Cl
Czy obie wartościowości są równe? Nie. Czyli wzór jeszcze nie jest gotowy. Czy jedna wartościowość jest wielokrotnością drugiej? Tak. Czyli nie trzeba robić "na krzyż", wystarczy wpisać jeden indeks (taką małą cyferkę u dołu). Jaki indeks wpisać? Myślimy: przez jaką liczbę trzeba pomnożyć niższą wartościowość (I), aby wyszła ta wyższa (III)? No przez 3. Czyli wpisujemy przy chlorze indeks 3.
III I
Al Cl3
I wzór chlorku glinu już mamy. Piszemy go tam gdzie miał być, czyli w produktach naszej reakcji.
(Dla przypomnienia: piszemy reakcję otrzymywania chlorku glinu.)
→ AlCl3
No i pytanie z czego go otrzymać? W zadaniu nic o tym nie ma, więc piszemy równanie otrzywania go najprostszą metodą - z pierwiastków, w reakcji łączenia (syntezy). Z jakich pierwiastków? Oczywiście z tych, z których się składa, czyli z glinu i chloru.
Al + Cl → AlCl3
No i pytanie, czy każdy reagent ma już poprawny wzór. Patrzymy po kolei. Al, czyli glin. To metal, a metale nie występują w dwuatomowych cząsteczkach. Czyli samo Al jest dobrze. Patrzymy teraz na Cl. Czy chlor występuje w dwuatomowych cząsteczkach? Tak. Czyli piszemy mu indeks 2, o tak:
Al + Cl2 → AlCl3
No i już każdy reagent ma taki wzór jaki ma mieć.
Co teraz? No teraz uzgodnimy równanie reakcji. Czyli wpiszemy współczynniki stechiometryczne (takie duże cyferki przed wzorami). Po obu stronach równania ma być tyle samo atomów każdego z pierwiastków. Czyli tyle samo po lewej (w substratach), co po prawej (w produktach). Jedziemy po kolei. Czy Al jest tyle samo po obu stronach? Tak. Czyli obecnie nie trzeba tu nic zmieniać. Bierzemy drugi produkt, Cl. Czy Cl jest tyle samo po obu stronach równania? Nie. Po lewej 2, a po prawej 3. Co zrobić, żeby było tyle samo tu i tu? Widać, że jeden współczynnik nie wystarczy. Przypominamy sobie, że jest coś takiego jak najmniejsza wspólna wielokrotność. Ile ona wynosi dla 2 i 3? Wynosi 6. I tyle właśnie "zrobimy" chloru po obu stronach równania. Co wpisać przed Cl2, żeby było 6 atomów Cl? No 3. A co przed AlCl3, żeby też było 6 atomów Cl? No 2. Zatem piszemy:
Al + 3 Cl2 → 2 AlCl3
Czy już się wszystko zgadza? Nie. Bo "zepsuliśmy" Al. Zrobiło się 2Al po prawej, a po lewej jest tylko 1. Co zrobić w takim razie? No wpisać dużą dwójkę przed Al w substratach (po lewej), żeby było tyle samo po obu stronach równania.
2 Al + 3 Cl2 → 2 AlCl3
I napisaliśmy poprawną reakcję. Mamy już pół zadania rozwiązane :)
Przypomnijmy pytanie: Ile moli chloru potrzeba do otrzymania 12 moli chlorku glinu?
Zastosujemy tu tzw. interpretację molową równania reakcji. Czyli zamiast takiego rozumienia, że 2 atomy glinu reagują z dwiema cząsteczkami chloru... i tak dalej, będziemy równanie reakcji rozumieć tak:
2 mole glinu reagują z trzema molami chloru, dając 2 mole chlorku glinu.
Takie coś nazywa się interpretacja molowa równania reakcji.
No i napiszemy proporcję. Pierwsza linijka proporcji będzie wynikać z samej treści zadania (NIE z równania reakcji!). W treści zadania mamy "ile moli chloru...". Zapiszemy zatem pod chlorem x i w nawiasie kwadratowym jednostkę mol. O tak:
2 Al + 3 Cl2 → 2 AlCl3
x [mol]
W treści zadania mamy też "do otrzymania 12 moli chlorku glinu". Zatem pod chlorkiem glinu napiszemy 12 mol i narysujemy poziomą kreskę (taką jak to w proporcji).
2 Al + 3 Cl2 → 2 AlCl3
x [mol] ----- 12 mol
Mamy już pierwszą linijkę proporcji. Ta bierze się z treści zadania.
Druga linijka proporcji będzie wynikać z równania reakcji. Spoglądamy jeszcze na tą pierwszą linijkę proporcji i myślimy, którego reagentu ilość jest do policzenia. No chloru, x jest pod Cl2. Zatem w tej drugiej linijce proporcji wpiszemy pod Cl liczbę moli chloru występującą w równaniu reakcji. Innymi słowy, wpiszemy teraz pod chlorem tą trójkę, która jest przed Cl w drugiej linijce proporcji i dodamy "mol". Wpiszemy ją też pod Cl2.
2 Al + 3 Cl2 → 2 AlCl3
x [mol] ----- 12 mol
3 mol -------
Już prawie mamy proporcję. Patrzymy jeszcze na pierwszą linijkę proporcji. Pod AlCl3 widnieje 12 mol, czyli liczba moli chlorku glinu w zadaniu. A my w tej drugiej linijce proporcji piszemy liczby moli wynikające z równania reakcji. Jaki współczynnik jest w reakcji przed AlCl3? No dwójka. Czyli piszemy 2 mol w drugiej linijce proporcji, pod AlCl3.
2 Al + 3 Cl2 → 2 AlCl3
x [mol] ----- 12 mol
3 mol ------- 2 mol
I proporcja ułożona. Teraz pozostaje ją obliczyć. Proporcję liczymy "na krzyż". Czyli iloczyn po jednej przekątnej (tu: x razy 2 mol) równa się iloczynowi po drugiej przekątnej (tu: 12 mol razy 3 mol).
x * 2 mol = 12 mol * 3 mol
obliczamy równanie:
2x = 36 mol
x = 18 mol
I możemy podać odpowiedź do zadania:
Do otrzymania 12 moli chlorku glinu potrzeba 18 moli chloru.
Koniec :)